Nghiên cứu thiết kế hệ thống phếu nạp rác công suất 500 tấnngày trong dây chuyền xử lý rác sinh hoạt thành năng lượng điện

Nghiên cứu thiết kế hệ thống phếu nạp rác công suất 500 tấnngày trong dây chuyền xử lý rác sinh hoạt thành năng lượng điện Nghiên cứu thiết kế hệ thống phếu nạp rác công suất 500 tấnngày trong dây chuyền xử lý rác sinh hoạt thành năng lượng điện Nghiên cứu thiết kế hệ thống phếu nạp rác công suất 500 tấnngày trong dây chuyền xử lý rác sinh hoạt thành năng lượng điện

Giới thiệu tổng quát về công nghệ xử lý rác

Trên thế giới

Các công nghệ xử lý rác phổ biến trên thế giới được tổng hợp và trình bày trong

Bảng 1.1 Các công nghệ xử lý rác phổ biến trên thế giới

Công nghệ xử lý Chú thích

Công nghệ chôn lấp Chôn lấp không hợp vệ sinh

Chôn lấp hợp vệ sinh, không thu hồi năng lượng

Chôn lấp hợp vệ sinh, có thu hồi năng lượng

Công nghệ sinh học Làm phân compost Kiểu luống (windrow)

Kiểu ống sục khí tĩnh (ASP) Kiểu thùng / kênh mương Phân hủy kỵ khí Lên men mê-tan (dạng ướt)

Lên men mê-tan (dạng khô)

Xử lý Cơ-Sinh học (MBT)

Công nghệ đốt Xử lý bằng nhiệt, không thu hồi năng lượng

Xử lý bằng nhiệt, có thu hồi năng lượng (Công nghệ tiên tiến: Đốt rác phát điện (WTE))

(Đốt truyền thống, công nghệ lạc hậu) Đốt trực tiếp Khí hóa và nóng chảy Khí hóa Plasma Nhiệt phân / Khí hóa

Chuyển rác thành nhiên liệu

Sản xuất nhiên liệu nhiệt trị cao (RDF) Sấy sinh học

Chất lượng cao (giấy, nhựa,…)

Khác Các công nghệ khác

Hiện nay trên thế giới, việc lựa chọn và áp dụng công nghệ xử lý phụ thuộc vào hoàn cảnh, điều kiện cụ thể của từng quốc gia

Công nghệ đốt rác phát điện (WTE) đang trở nên phổ biến tại các quốc gia Châu Âu và các quốc gia phát triển ở Châu Á như Singapore, Nhật Bản và Hàn Quốc Công nghệ này đặc biệt quan trọng đối với những quốc gia và thành phố đang đối mặt với áp lực về quỹ đất chôn lấp và khối lượng rác thải gia tăng do sự tăng trưởng dân số và đô thị hóa.

Nghiên cứu kéo dài 9 năm (2008-2016) cho thấy Trung Quốc đã nhanh chóng áp dụng và phổ biến công nghệ WTE với 330 nhà máy Các quốc gia lân cận như Ấn Độ, Thái Lan và Malaysia cũng đang khởi động xây dựng nhà máy WTE đầu tiên Tại Việt Nam, hiện có 02 nhà máy WTE, bao gồm nhà máy xử lý rác công nghiệp công nghệ Nhật Bản tại Nam Sơn, Sóc Sơn Hà Nội (công suất 75 tấn/ngày) và một nhà máy đang xây dựng tại Cần Thơ với công suất 400 tấn/ngày do một công ty Trung Quốc thực hiện Tình hình áp dụng công nghệ WTE trên toàn cầu được tóm tắt trong bảng 1.2.

Châu lục Quốc gia Số lượng nhà máy(2008-2016)

Châu Âu (Gồm cả Trung Đông và Châu Phi) 115

Bảng 1.2 Tình hình áp dụng công nghệ WTE trên thế giới [1]

Tại Nhật Bản

Tại Nhật Bản, công nghệ đốt trực tiếp là phương pháp xử lý rác thải phổ biến nhất, chiếm khoảng 80% tổng lượng chất thải Các công nghệ tái chế qua xử lý trung gian và tái chế trực tiếp theo sau, trong khi công nghệ chôn lấp trực tiếp chỉ chiếm một tỷ lệ rất nhỏ Xu hướng xử lý rác thải gần đây ở Nhật Bản được thể hiện trong biểu đồ hình 1.1.

Tái chế là phương pháp ưu tiên hàng đầu và được áp dụng rộng rãi trên toàn quốc Rác không thể tái chế sẽ được xử lý bằng công nghệ đốt phát điện, trong khi công nghệ chôn lấp chỉ được sử dụng để xử lý tro phát sinh từ quá trình đốt, với việc chôn lấp tro này một cách an toàn tại các bãi chôn lấp.

Tại Việt Nam

Theo báo cáo của Bộ Tài nguyên và Môi trường về hiện trạng môi trường quốc gia giai đoạn 2011-2015, các công nghệ xử lý chất thải đô thị phổ biến nhất ở Việt Nam bao gồm nhiều phương pháp hiệu quả nhằm giảm thiểu ô nhiễm và bảo vệ môi trường.

Hình 1.1 Xu hướng áp dụng phương pháp xử lý rác tại Nhật Bản [1]

Công nghệ chôn lấp rác thải bao gồm ba hình thức chính: chôn lấp tự nhiên, không kiểm soát nước rỉ rác và khí gas, chôn lấp hợp vệ sinh với hệ thống kiểm soát nước rỉ và khí gas, và chôn lấp hợp vệ sinh kết hợp với việc thu hồi khí gas để phát điện.

(3) Công nghệ lên men Biogas (phân hủy kỵ khí)

(4) Công nghệ đốt: Có và không có việc thu hồi năng lượng

(5) Công nghệ tái chế: Để tái chế các thành phần có giá trị trong rác như nhựa, kim loại vv

(6) Các công nghệ khác: Công nghệ An SinHome h ASC, Công nghệ Seraphin,…

BTNMT khuyến khích áp dụng công nghệ tiên tiến và đồng bộ để tái chế nguyên vật liệu, thu hồi năng lượng, giảm thiểu rác thải đến bãi chôn lấp, tiết kiệm đất chôn lấp và bảo vệ môi trường.

Gần đây, nhiều tỉnh, thành phố lớn trên toàn quốc đã xem công nghệ WTE (Waste to Energy) là giải pháp phù hợp trong việc quy hoạch và kêu gọi đầu tư cho các dự án xử lý rác thải.

Thành phố Hồ Chí Minh hiện đang áp dụng nhiều công nghệ xử lý rác thải tiên tiến của Việt Nam và Hoa Kỳ, bao gồm chôn lấp, ủ compost và đốt rác Bảng 1.3 cung cấp cái nhìn tổng quan về tình hình xử lý chất thải tại thành phố Đặc biệt, thành phố đang mời gọi các nhà đầu tư cho hai dự án tương lai nhằm áp dụng công nghệ xử lý rác thải năng lượng (WTE) hiện đại.

Bảng 1.3 Tổng quan hoạt động xử lý rác tại TP-Hồ Chí Minh (tính đến 2017) [1]

Năm Khối lượng rác (tấn/ngày)

Công ty xử lý chất thải

Công nghệ Giá xử lý USD

Công ty TNHH xử lý chất thải Việt Nam

Nghĩa 1300 Ủ compost (Việt Nam) + Đốt (Việt Nam)

2020 ~ 10081 Tất cả các cơ sở hiện có có thể đáp ứng nhu cầu

2025 ~ 12864 kêu gọi thêm nhà đầu tư

Công nghệ WTE tiên tiến Giá hợp lý

Hà Nội hiện có 17 cơ sở xử lý chất thải, với công suất khoảng 6400 tấn/ngày Theo quy hoạch tổng thể xử lý chất thải đến năm 2030 và tầm nhìn đến năm 2050 (Quyết định 609/QĐ-TTg ngày 25 tháng 4 năm 2014), thành phố sẽ áp dụng 4 công nghệ chính: tái chế, bãi chôn lấp hợp vệ sinh kết hợp thu hồi khí mê-tan, ủ phân compost và đốt thu hồi năng lượng Đặc biệt, 14 trong số 17 cơ sở được khuyến khích áp dụng công nghệ WTE tiên tiến, nhằm nâng cao hiệu quả xử lý chất thải và bảo vệ môi trường.

Bảng 1.4 Kế hoạch Xử lý chất thải TP - Hà Nội dự kiến năm 2030 đến 2050 [1]

Vùng Cơ sở Xử lý

Tái chế Chôn lấp hợp vệ sinh thu hồ khí gas Ủ phân

Vân Đình (Ứng Hòa)    Đông Lỗ (Ứng Hòa)    

Xuân Sơn (Sơn Tây)     Đan Phượng  

Lai Thượng (Thạch Thất)    Đồng Ké    

Đề xuất giải pháp công nghệ xử lý rác cho thành phố Hà Nội

So sánh các phương pháp xử lý rác chính tại thành phố Hà Nội

Để lựa chọn công nghệ xử lý rác thải phù hợp cho khu vực Hà Nội, dưới đây là bảng so sánh các công nghệ chính.

Chôn lấp Sinh học Xử lý bằng nhiệt Khác

Chôn lấp hợp vệ sinh không thu hồi khí gas là một phương pháp xử lý rác thải truyền thống, trong khi chôn lấp có thu hồi khí gas giúp tận dụng năng lượng từ khí thải Ủ phân compost là một giải pháp tái chế tự nhiên, trong khi phân hủy kỵ khí là quá trình xử lý rác thải trong môi trường không có oxy Xử lý nhiệt không thu hồi năng lượng là phương pháp đốt rác thải mà không tận dụng năng lượng, trong khi xử lý nhiệt thu hồi năng lượng (công nghệ WtE) chuyển đổi rác thành điện năng Cuối cùng, xử lý cơ-sinh học (MBT) kết hợp các kỹ thuật cơ học và sinh học để tối ưu hóa việc xử lý rác thải.

Sản phẩm có giá trị sử dụng Không Biogas / điện

Biogas / Điện & Phân hữu cơ

Yêu cầu về đất đai Rất cao Trung bình Rất thấp Thấp Rất thấp

Cao Thời gian xử lý an toàn 20 - 100 năm 6-12 tuần 2-4 tuần Ngay lập tức Ngay lập tức

Trong khoảng thời gian từ 2 đến 12 tuần, chi phí đầu tư có thể phân loại thành các mức độ từ rất thấp đến rất cao, với các mức trung bình Tương tự, chi phí vận hành cũng có sự phân chia rõ ràng, từ rất thấp đến rất cao, với các mức trung bình đi kèm.

Rò rỉ khí nhà kính, nước rỉ rác, mùi hôi, Mùi hôi Gần như không có Ô nhiễm không khí, Dioxins

Gần như không có Mùi hôi

Kiểm soát tác động môi trường Thấp Thấp Trung

Bình Rất cao Trung Bình Rất cao Trung Bình Giảm phát thải khí nhà kính Rất thấp Cao Thấp Rất cao Trung Bình Rất cao Trung Bình

Bảng 1.5 So sánh công nghệ xử lý rác chính ở TP – Hà Nội [1]

Công nghệ chôn lấp mang lại lợi thế về chi phí đầu tư và vận hành thấp Tuy nhiên, nó cũng gặp nhiều bất lợi, bao gồm yêu cầu diện tích đất lớn, thời gian xử lý kéo dài, cùng với nguy cơ tác động tiêu cực đến môi trường và khó khăn trong việc kiểm soát.

- Công nghệ sinh học (ủ phân, phân hủy kỵ khí) yêu cầu phân loại chất thải hữu cơ trước khi đưa vào hệ thống xử lý

Công nghệ phân hủy kỵ khí và công nghệ WTE đáp ứng tốt các tiêu chí xử lý triệt để chất thải, giảm thiểu lượng chất thải chôn lấp, tiết kiệm diện tích đất, hạn chế tác động đến môi trường và kiểm soát ô nhiễm Tuy nhiên, chi phí đầu tư và vận hành vẫn còn cao.

Công nghệ đốt truyền thống, hay còn gọi là công nghệ thấp, thường được áp dụng ở các địa phương Việt Nam với quy mô nhỏ Mặc dù công nghệ này giúp giảm lượng chất thải chôn lấp, tiết kiệm diện tích đất và chi phí đầu tư cũng như vận hành, nhưng nó cũng tiềm ẩn nhiều tác động tiêu cực đến môi trường, đặc biệt là nguy cơ nhiễm dioxin cao và khó kiểm soát ô nhiễm.

Công nghệ WTE tiên tiến được coi là giải pháp tối ưu cho Hà Nội, giúp xử lý chất thải một cách hiệu quả và giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường Giải pháp này không chỉ giảm bớt áp lực lên diện tích đất chôn lấp mà còn cung cấp năng lượng tái tạo xanh, đồng thời góp phần giảm phát thải khí nhà kính.

So sánh các công nghệ xử lý bằng nhiệt

Liên quan đến giải pháp WTE, có nhiều loại công nghệ xử lý bằng nhiệt khác nhau :

Có bốn công nghệ xử lý rác bằng nhiệt: (1) Đốt trực tiếp, (2) Khí hoá và nóng chảy, (3) Khí hoá plasma, và (4) Nhiệt phân / khí hoá Theo bảng 2.2, công nghệ đốt cháy trực tiếp nổi bật với chi phí đầu tư thấp, quy trình vận hành và bảo trì đơn giản, độ bền cao, quá trình cháy ổn định và khả năng thu hồi năng lượng hiệu quả Với những lợi thế này, công nghệ đốt cháy trực tiếp được xác định là giải pháp phù hợp cho khu vực TP-Hà Nội.

Bảng 1.6 So sánh các công nghệ xử lý rác bằng nhiệt [1]

○ Chi phí đầu tư và vận hành thấp ○ Sản xuất các sản phẩm giá trị gia tăng từ xỉ (tái chế hoặc sử dụng kim loại và xỉ)

○ Sản xuất các sản phẩm giá trị gia tăng từ xỉ (tái chế hoặc tận dụng kim loại và xỉ)

Sản xuất các sản phẩm giá trị gia tăng như khí tổng hợp, than sinh học và tinh dầu/dầu phụ thuộc vào chất lượng chất thải Chẳng hạn, chất thải nhựa có thể tạo ra dầu thô tổng hợp, cho thấy sự đa dạng trong việc khai thác giá trị từ chất thải.

○ O&M đơn giản và độ bền lâu dài ○ Lượng tro ít ○ Lượng tro ít ○ Chủ yếu là không có không khí

○ Đốt cháy ổn định và thu hồi năng lượng hiệu quả

○ Nhiệt độ của quá trình đốt cao ○ Nhiệt độ của quá trình đốt rất cao (trên 3.000 độ C đến

○ Công nghệ được chứng minh, Ứng dụng phổ biến toàn cầu

○ Cung cấp không khí giới hạn, ít khí thải hơn ○ Cung cấp không khí giới hạn, ít khí thải hơn

"Khả năng công suất lớn cho mỗi đơn vị lò

(công suất mỗi lò 1.013 t /ngày của Hitz)"

○ Lượng tro nhiều ○ Chi phí đầu tư và vận hành cao ○ Chi phí đầu tư và vận hành cao ○ Chi phí đầu tư và vận hành cao

○ Lượng khói thải nhiều ○ O&M phức tạp ○ O&M phức tạp ○ Dường như chưa được kiểm chứng về ứng dụng quy mô lớn, ít nhà máy tham khảo

○ Dường như chưa được kiểm chứng về ứng dụng quy mô lớn, ít nhà máy tham khảo (tùy vào qui trình)

○ Dường như chưa được kiểm chứng về ứng dụng quy mô lớn, ít nhà máy tham khảo

○ Tiêu thụ năng lượng cao

○ Chất thải được đốt trực tiếp ở nhiệt độ cao

(850 - 950 deg.C) và sinh ra khí thải, tro và nhiệt Không khí đốt được cung cấp dư theo tuần tự trong lò đốt.

Quá trình khí hóa chất thải ở nhiệt độ cao trên 800 độ C tạo ra khí dễ cháy và kim loại Trong lò đốt, không khí được cung cấp một cách hạn chế và tuần tự.

Khí dễ cháy được đốt ở nhiệt độ cao trên 1.300 độ C, dẫn đến sự hình thành xỉ nóng chảy, nhiệt và khí thải trong lò nóng chảy Quá trình này yêu cầu không khí đốt được cung cấp một cách tuần tự.

Chất thải được khí hoá ngay lập tức ở nhiệt độ cực cao lên tới 10.000 độ C, tạo ra khí tổng hợp và xỉ thông qua quá trình đốt plasma Quá trình này yêu cầu cung cấp một lượng không khí hoặc oxy hợp lý vào lò khí hoá để đảm bảo hiệu quả tối ưu.

Chất thải được đốt cháy ở nhiệt độ thấp (dưới 500-600 độ C) mà không cần không khí, tạo ra ba sản phẩm chính: khí tổng hợp, than và dầu, cùng với kim loại.

Nhiệt năng từ quá trình đốt được thu hồi thành hơi nước thông qua hệ thống nồi hơi, từ đó được sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau như cung cấp nhiệt, tạo ra hơi nước hoặc phát điện.

Nhiệt từ quá trình đốt được thu hồi thành hơi nước qua hệ thống nồi hơi, từ đó được sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau như cung cấp nhiệt, sản xuất hơi nước và phát điện.

○ Khí tổng hợp được làm mát và làm sạch để sử dụng cho nhiều mục đích: sản xuất hơi nước, phát điện, nhiên liệu lỏng.

Khí tổng hợp và tinh dầu được làm mát và tinh chế để phục vụ cho nhiều mục đích khác nhau, bao gồm sản xuất hơi nước, phát điện và làm nhiên liệu lỏng.

Và than được sử dụng như than củi.

○ Khí thải được làm mát và làm sạch để đáp ứng các yêu cầu phát thải trước khi thải ra môi trường.

○ Khí thải được làm mát và làm sạch để đáp ứng các yêu cầu phát thải trước khi thải ra môi trường.

○ Tro và các vật liệu không cháy được thu gom từ đáy hoặc bộ phận cuối lò.

○ Tro và các vật liệu không cháy được thu gom từ đáy hoặc bộ phận cuối lò.

○ Phần lớn kim loại và tro bị nung chảy tạo thành các xỉ nóng chảy và xả ra ở đáy lò.

○ Tro và các vật liệu không cháy (kim loại) được thu gom từ đáy hoặc cuối lò.

Combustion Gasification and Melting Plasma Gasification Pyrolysis / Gasification Ư u đ iể m Đốt trực tiếp Khí hoá và nóng chảy Khí hoá plasma Nhiệt phân / khí hoá

So sánh các công nghệ lò đốt (đốt trực tiếp)

Công nghệ đốt trực tiếp bao gồm nhiều kiểu công nghệ lò :

Có ba kiểu lò đốt trực tiếp: (1) Kiểu vỉ đốt (thanh ghi), (2) Kiểu tầng sôi, và (3) Kiểu lò quay Bảng 1.7 so sánh các công nghệ này, trong đó công nghệ lò kiểu thanh ghi được khuyến nghị cho khu vực Hà Nội nhờ vào những ưu điểm nổi bật của nó.

- Thích ứng tốt với sự biến động của các loại rác và chất lượng rác (nhiệt trị thấp)

- Không yêu cầu tiền xử lý/sơ chế rác (dùng phễu nạp rác như thiết kế bên dưới)

- Chi phí đầu tư và vận hành nhỏ

- Vận hành và bảo trì, bảo dưỡng đơn giản, độ bền lâu dài

- Đốt ổn định và thu hồi năng lượng hiệu quả

- Công nghệ đã được kiểm chứng (với lịch sử hơn 50 năm), ứng dụng phổ biến trên toàn cầu

- Công suất lớn cho mỗi đơn vị lò

- Tỉ lệ không khí dư thấp dẫn đến lượng khói thải thấp

- Kiểm soát được việc phòng ngừa và giảm thiểu Dioxin.

Bảng 1.7 So sánh các công nghệ lò đốt trực tiếp [1]

○ Khả năng thích ứng tốt các loại chất thải khác nhau và sự biến động của chất lượng chất thải

Châp nhận chất thải có nhiệt trị cao giúp tối ưu hóa quá trình xử lý và tận dụng năng lượng hiệu quả Khả năng thích ứng tốt với các loại chất thải khác nhau và sự biến động của chất lượng chất thải (nhiệt trị) là yếu tố quan trọng trong việc nâng cao hiệu suất và giảm thiểu tác động môi trường.

○ Tiền xử lý thì không yêu cầu ○ Tốc độ đốt cháy nhanh ○ Tiền xử lý thì không yêu cầu (chấp nhận rác kích thước Fgmin Lực đẩy đủ

60 Áp lực dầu cần thiết chọn xy lanh P min Fg min /{π*(D/2)^2} 9.9 MPa

61 Lực đẩy tối đa với xy lanh đã chọn Fs max π*(D/2)^2*P max 215513 N

63 Kích thước từ ắc xoay xy lanh tới khớp nối cửa van S max S min +ST 1354 mm

64 Lực đẩy lớn nhất của xy lanh Fs max π*(D/2)^2*P max 215513 N

65 Đường kính ty của xy lanh D r (Từ Horiuchi Machinery Catalog) 100 mm [15]

66 Tải lớn nhất cho phép ứng với hành trình cực đại

S max 62mm W' (Từ Horiuchi Machinery Catalog) 714285 N Như trên đồ thị

KHẢO SÁT TẠI CỬA VAN

(W' > Fsmax Xy lanh đủ bền) ĐƯỜNG KÍNH TY XY LANH

69 Đường kính ty nối piston D r (Từ Horiuchi Machinery Catalog) 100 mm

70 Tiết diện của piston phía nén S 1 π*(D/2)^2 153.94 cm2

71 Tiết diện của piston phía hồi về S 2 π*(D/2)^2-π*(D r /2)^2 75.40 cm2

72 Lượng dầu cần thiết cung cấp cho xy lanh khi thực hiện hành trình đóng cửa van Q 1 S 1 *ST 12.56 L

73 Lượng dầu cần thiết giải phóng khỏi xy lanh khi piston hồi về (từ đóng cửa van về trạng thái ban đầu) Q 2 S 2 *ST 6.15 L

74 Lượng dầu cần thiết cung cấp cho xy lanh khi thực hiện nén 20% STmin Q 3 S 1 *ST min 4.36 L

75 Lượng dầu cần thiết được giải phóng trong 2 giây (từ trạng thái nén 20% về trạng thái ban đầu) Q 4 S 2 *ST min 2.13 L

76 Lượng dầu cần thiết được giải phóng trong 1 phút ( hành trình hồi về ) Q Q 4 *30 64.01 L/min

Van solenoid block valve có lưu lượng dầu lớn nhất lên tới 77 L/min, cho phép mở cửa van hồi về (xy lanh hồi về) với lưu lượng tối đa 21 L/min từ hệ thống nhà máy hoặc nhà sản xuất.

78 Nếu Q > Qmax Lượng dầu cung cấp không đủ

79 : Màu xanh lá cây là trường hợp đặc biệt

: Thông số nhập bằng tay

Loại xy lanh được chọn : FF-SE-2TA140AB816CAA-TNJ-3LS

Hình 3.5 Nén rác một bên cửa van tại cổ phễu

Hình 3.6 Tải rác tác động trên cửa van Hình 3.4 Tải rác tác động trên cửa van khi đóng 100%

Vị trí tâm bản lề - Khớp liên kết ty xy lanh và van - Ắc xoay

- Các vị trí cửa van ① , ② , ③ được minh hoạ như trong hình 3.9

- Vị trí tương đối giữa tâm quay bản lề - Khớp nối giữa ty xy lanh và van - Ắc xoay thân xy lanh minh họa trong hình 3.8

Bảng 3.4 Vị trí giữa tâm bản lề-khớp liên kết xy lanh -ắc xoay

Hình 3.8 Vị trí tâm bản lề - liên kết ty xy lanh và van - ắc xoay

I : Ắc xoay thân xy lanh

III : Khớp liên kết ty xy lanh-cửa van

Hình 3.7 Lực đẩy của xy lanh lên cửa van đóng 20% và 100%

Vị trí ban đầu 1 Vị trí nén 2 Vị trí đóng cửa van 3

+ T : Khoảng cách từ tâm bản lề tới khớp nối cửa van

+ U : Khoảng cách từ tâm bản lề tới ắc xoay thân xy lanh

+ V1’: Khoảng cách từ ắc xoay thân xy lanh- khớp liên kết, vị trí cửa van 1

Khoảng cách từ ắc xoay thân xy lanh đến khớp liên kết được xác định cho hai vị trí cửa van: V2’ tại cửa van 2 với tỷ lệ nén 20% và V3’ tại cửa van 3 với tỷ lệ đóng 100% Ngoài ra, góc α được xác định là góc giữa các điểm T và U.

Lưu ý : Các giá trị V2’ và α1, α2’, α2”, α3, α3’, α3” được xác định theo định lý Cosin, và giá trị của từng thông số được thống kê trong bảng 3.4.

Hình 3.9 Các vị trí cửa van

Hình 3.10 Tổng thể và thông số cơ bản của phễu nạp rác

Tính toán tải trên hệ thống phễu nạp rác

Công suất của phễu nạp rác

(1) Công suất phía trên phễu ① + ② : (20 + 1.23 ) × 6.036 ＝ 128.14 m 3

(2) Công suất phía dưới phễu ③ : 1.93 × 6.206 ＝ 11.99 m 3

Công su ấ t đ ố t : 500 Tr ọ ng l ượ ng riêng c ủ a rác:

: Giá trị đầu vào nhập bằng tay

Hình 3.11 Minh hoạ tải của rác trên phễu

Khối lượng rác từng vị trí trong phễu

(1) Khối lượng phía trên phễu : 128.14 m 3 × 0.65 t/m 3 ＝83 ｔ・・・④

(2) Khối lượng phía dưới phễu : 11.99 m 3 × 0.65 t/m 3 ＝ 8ｔ

Khối lượng nước làm mát

(1) Khối lượng nước làm mát hệ thống nén và phía trên phễu :

+ Phía trên phễu : i : 0.22 × 6.216 ＝ 1.35 m 3 ii : 3.16 × 0.09 × 2＝ 0.57 m 3 iii : 2 × 0.09 × 6.036 ＝ 1.09 m 3

+ Tổng khối lượng nước làm mát phía trên phễu:

(2) Khối lượng nước làm mát phía dưới :

+ Khung đỡ phía dưới phễu : (C-200×90): 15.67 × 0.2 ×0.09 ＝ 0.28 m 3

+ Vị trí cột đỡ phía dưới phễu : 0.06 ×17.01 ×1＝1.02 m 3

+ Tổng khối lượng nước làm mát phía dưới của phễu:

(3) Tổng khối lượng nước làm mát : 4.36 + 2.38 ＝ 6.74 t

Hình 3.12 Nước làm mát trên phễu

Khối lượng của phễu nạp rác

(1) Khối lượng phía trên phễu : 36.1 ｔ・・・・⑥

(2) Khối lượng phía dưới phễu : 10.4 ｔ・・・・⑧

(3) Tổng khối lượng phễu nạp rác : 47 ｔ

Những tải khác

(1) Tải cho kiến trúc xây dựng :

+ Tổng tải phía trên của phễu :

+ Với hệ số an toàn 10%, tải kiến trúc xây dựng bằng :

(2) Tải cho kết cấu thép :

+ Tổng tải phía dưới phễu :

+ Với hệ số an toàn 10% tải kết cấu thép bằng :

Hình 3.14 Tổng thể 3D trong phễu

Sản Phẩm mô hình 3D của phễu nạp rác

Trong phễu

Phía trước

Hệ thống thủy lực

Sơ đồ nguyên lý hệ thống thủy lực

1 Hệ thống bơm thủy lực

3 Van một điều khiển chiều

6 Xy lanh(FF-SE-2TA140AB816CAA-TNJ-LS)

Hình 3.17 Sơ đồ thủy lực cho hệ thống nén rác

CỬA VAN + XY LANH NÉN RÁC

Trong trạng thái nén từ 0% đến 20% thể tích rác (vị trí số 2), dầu thủy lực được bơm với áp suất 12MPa và lưu lượng 64L/phút qua hệ thống ống “32-HO-ST70-002” đến xy lanh thông qua van điều khiển 4/3 Dầu được nạp qua cổng P→A vào các đường “25-HO-ST70-11, 12” trước khi vào xy lanh, trong khi dầu xả về bể chứa qua cổng B→T và các đường “25-HO-ST70-13, 14”, khiến xy lanh đẩy cửa van đóng 20% (nén) Để đảm bảo an toàn và cân bằng áp suất giữa hai xy lanh, hệ thống được trang bị các van điều khiển một chiều, van điều tiết và van cân bằng áp Hành trình nén sẽ dừng lại khi ty xy lanh chạm vào công tắc hành trình số 2.

Khi trạng thái cửa van giảm từ 20% xuống 0%, van điều khiển 4/3 sẽ chuyển đổi từ trạng thái P→B và A→T Cổng van P→B mở ra cho phép bơm thủy lực nạp dầu vào xy lanh qua các đường “25-HO-ST70-13, 14” và xả dầu qua các đường “25-HO-ST70-11, 12” Dầu sẽ được dẫn qua cổng A→T của van điều khiển trước khi trở về bể chứa Cửa van trên cổ phễu sẽ hồi về và dừng lại khi chạm vào công tắc hành trình số 1.

- Tương tự như trên cho trường hợp cửa van trên cổ phễu đóng 100% ( vị trí số 3 )

3.7.3 Chi tiết một số thiết bị trong hệ thống thuỷ lực

- Van điều khiển 4/3 - Van điều khiển một chiều

Hình 3.20 Van điều khiển một chiều Hình 3.18 Van điều khiển 4/3

Hình 3.19 Van cân bằng áp

Chi tiết một số thiết bị trong hệ thống thuỷ lực

- Van điều khiển 4/3 - Van điều khiển một chiều

Hình 3.20 Van điều khiển một chiều Hình 3.18 Van điều khiển 4/3

Hình 3.19 Van cân bằng áp

48 ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG CHỊU TẢI CỦA PHỄU

Thiết lập mô hình bài toán

Phễu có kích thước lớn với chiều dài, rộng và cao lần lượt là 8495 mm, 6036 mm và 9075 mm Theo mô hình thiết kế 3D, tải trọng rác chủ yếu tập trung trên bề mặt nghiêng có diện tích 6036 mm x 9075 mm Do các điều kiện biên ràng buộc như cạnh gá trên dầm bê tông và các cạnh gá trên thành vách phễu, chúng được xem là ngàm cố định Tính chất rác là rời rạc, vì vậy tải trọng P do rác gây ra trên mặt nghiêng của phễu được xem là tải trọng phân bố đều.

Theo hình 3.11, giá trị thể tích V của rác tại mặt nghiêng trên phễu bằng:

Khối lượng riêng của rác được xác định là 650 kg/m³, dựa trên kết quả khảo sát trong phụ lục 3 Mặc dù khối lượng riêng ban đầu của rác khoảng 350 kg/m³, nhưng do quá trình nén lại khi rác được xếp chồng lên nhau trong hầm chứa, giá trị thực tế đã tăng lên 650 kg/m³.

- Tổng khối lượng của rác tác động lên phễu : M = V x ρ = 87 x 650 = 56550 kg

Tổng tải trọng của rác tác động lên phễu được tính bằng công thức P = M x 9.8, với M = 56550 kg, dẫn đến P ≈ 550000 N (tối đa) Trong điều kiện này, bài toán chỉ cần xem xét dưới dạng tĩnh Khoảng cách từ gầu cạp đến miệng phễu là khoảng 1000mm, trong khi khoảng cách ngang từ gầu cạp đến phễu là 3525mm, như thể hiện trong hình 4.1.

Hình 4.1 Mô hình cấu trúc phễu và gầu cạp rác

Hình 4.2 Mô hình điều kiện biên và tải rác tác động lên phễu

Các thông số vật liệu SS400

- Mô đun đàn hồi: 200000 MPa

- Hệ số giãn nở nhiệt: 1.17 x 10 -5 o K

- Khung xương chịu lực chính là thép H250 x 125 x 6/9

- Giữa các xương chính được liên kết bởi các thanh thép L90 x 90 x 9

- Xung quanh phễu được lợp bằng thép tấm dày 12mm.

Phân tích kiểm nghiệm kết quả thiết kế

Bài toán được giải bằng phần mềm Catia V5 R2017, với tải trọng tối đa là 550000N Kết quả cho thấy ứng suất Von Mises lớn nhất đạt 119 MPa và biến dạng cực đại là 6.55mm, như minh họa trong hình 4.3 và 4.4.

Đánh giá

Phân tích bằng phần mềm Catia V5 R2017 cho thấy khi tải trọng tối đa 550000N tác động lên phễu, ứng suất lớn nhất đạt 119 MPa và biến dạng lớn nhất là 6.55mm So với giới hạn chảy của vật liệu, kết quả này cho thấy mức độ chịu lực của thiết kế cần được xem xét kỹ lưỡng.

250 MPa, thì phễu được thiết kế trong điều kiện an toàn

Hình 4.3 Phân bố ứng suất với tải PU0000N

Hình 4.4 Biến dạng với tải PU0000N

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Kiến nghị

Nhà máy WTE đề xuất cho thành phố Hà Nôi có công suất 1000 tấn/ngày bao gồm 6 hệ thống:

Hệ thống tiếp nhận và nạp liệu, lò đốt và nồi hơi, làm sạch khói thải, biến đổi năng lượng từ nhiệt năng thành điện năng, xử lý tro xỉ và tro bay, cùng với hệ thống xử lý nước thải, tạo thành một chu trình hoàn chỉnh trong công nghệ xử lý rác thải Hệ thống nạp liệu sẽ áp dụng kết quả nghiên cứu phễu nạp rác, nhằm tối ưu hóa quy trình Tác giả mong muốn phát triển thêm nhiều nhà máy WTE tại Việt Nam, vì đây là công nghệ hiệu quả nhất cho việc xử lý rác chưa phân loại, góp phần tạo ra môi trường xanh, sạch đẹp cho quê hương.

[1] URENCO Báo cáo khảo sát công nghệ xử lý rác khu vực thành phố Hà Nội, Tr 7 – 31, 2018

[2] Nguyễn Hoàng Phi Những công nghệ xử lý rác thải tiên tiến trên Thế Giới Tạp chí đổi mới sáng tạo, 2018

[3] Lê Hoàng Anh, Mạc Thị Minh Trà, Nguyễn Thị Bích Loan Hiện trạng phát sinh thu gom và xử lý chất thải rắn ở Việt Nam Tạp chí môi trường, 2018

[4] Nguyễn Xuân Quang Đốt rác phát điện Tiềm năng và hiện thực cho Việt Nam, 2017

[5] Hệ thống phát điện bằng rác thải (Lò đốt) Internet: https://www.jasew.eccj.or.jp/technologies-v/pdf/electricity/E-45.pdf

[6] Xử lý rác thải: Cần công nghệ “đặc thù” Tài nguyên & môi trường Internet: https://baotainguyenmoitruong.vn/xu-ly-rac-thai-can-cong-nghe-dac-thu-240015.html

[7] Hệ thống Sản xuất Năng lượng từ Chất thải Internet: http://www.jase-w.eccj.or.jp/technologies-v/index.html

[8] Dieter Mutz Dirk Hengevoss Christoph Hugi Thomas Gross Waste-to-Energy Options in Municipal Solid Waste Management, 2017

[9] J.B Kitto Jr M.D Fick and L.A Hiner The Babcock World-Class Technology for the Newest Waste-to-Energy Plant in the United States Palm Beach Renewable Energy Facility No 2, 10/2016

[10] San Shwe Hla The Development of Waste-to-Energy Technologies around the World, 6/2014

[11] Marie Lan Nguyen Leroy Vuong Chi Cong Solid waste typology and management in Ha Noi, 2015

[12] ASTM ASME JIS standard , the latest version

[13] Trends in Solid Waste Management the World Bank Group Internet: https://datatopics.worldbank.org/what-a-waste/trends_in_solid_waste_management.html, 2020

[14] Waste management by NPB technology Internet: https://www.youtube.com/watch?v=Am1yjwG4BKo

[17] Hitz The coefficient of watse for cylinder calculation

[18] GKS ブリッジブレーカーホッパーの設計ガイドライン (guideline for bridge breaker hopper), 1992

KHẢO SÁT VÀ PHÂN TÍCH ĐẶC TÍNH RÁC SINH HOẠT

1 KHẢO SÁT VÀ PHÂN TÍCH

(1) Khảo sát vào mùa khô

Thời gian 11-16 tháng 1/2018 Địa điểm (1) Tram trung chuyển Cầu Diễn

 Cầu Diễn: 2 mẫu/ngày x 2 ngày = 4 mẫu

 Nam Sơn: 4 mẫu/ngày x 2 ngày = 8 mẫu

 Xuân Sơn: 2 mẫu/ngày x 2 ngày = 4 mẫu

 Xuân Sơn: 2 ngày Phân tích các chỉnh số

② Thành phần vật lý: 13 loại

③ 3-hợp phần: Độ ẩm Tro và Thành phần đốt được

④ Nhiệt trị: Giá trị nhiệt ròng (thấp)

⑤ Thành phần hóa học (C H O N S Cl)

 Rác nội thành  Rác ngoại thành S: Sáng C: Chiều

Bãi Xuân Sơn hiện đang chịu ảnh hưởng từ ba nguồn chất thải, bao gồm chất thải sinh hoạt, tro và chất thải trơ từ nhà máy đốt Sơn Tây Tuy nhiên, nghiên cứu này chỉ tập trung vào việc điều tra chất thải sinh hoạt.

Thời gian 9 10 16 17 18 25 26 30 tháng 8/2018 Địa điểm (1) Nam Sơn

Nam sơn: 2 mẫu/ngày x 4 ngày = 8 mẫu Trong đó

- 4 ngày = 2 ngày mưa & 2 ngày nắng

- 2 mẫu/ngày = 01 mẫu rác nội thành & 01 mẫu rác ngoài thành

- Tổng cộng 8 mẫu = 4 mẫu rác nội thành & 4 mẫu rác ngoài thành

= 4 mẫu ngày mưa & 4 mẫu ngày nắng Xuân sơn: 2 mẫu/ngày x 4 ngày = 8 mẫu Trong đó

- 4 ngày = 2 ngày mưa & 2 ngày nắng

- 2 mẫu/ngày = 02 mẫu rác ngoại thành

- Tổng cộng 8 mẫu = 8 mẫu rác ngoại thành = 4 mẫu ngày mưa & 4 mẫu ngày nắng

Rác nội thành: chất thải từ các quận nội thành Rác ngoại thành: chất thải từ các huyện ngoại thành của Hà Nội

 Xuân Sơn: 4 ngày Phụ thuộc vào thời tiết

- 02 ngày mưa (ngày điều tra là ngày mưa thứ hai có ít nhất 01 ngày mưa lớn trước đó)

- 02 ngày nắng (ngày khảo sát là ngày nắng thứ hai có ít nhất 01 ngày nắng trước)

Phân tích các chỉnh số

② Thành phần vật lý: 13 loại

③ 3-hợp phần: Độ ẩm Tro và Thành phần đốt được

④ Nhiệt trị: Giá trị nhiệt ròng (thấp)

⑤ Thành phần hóa học (C H O N S Cl)

 Rác nội thành  Rác ngoại thành S: Sáng C: Chiều

2 KẾT QUẢ KHẢO SÁT & PHÂN TÍCH

Ngày mưa Ngày nắng Tổng

Rác thải thực phẩm Giấy Tã Nhựa Vải Gỗ Rác vườn

Cao su Kim loại Vô cơ: thủy tinh gốm sứ

Chất thải nguy hại Đá cát đất tàn thuốc lá vôi than & tro…vv

Các mẩu nhỏ còn lại

Tỷ trọng, 3 hợp phần, thành phần Nguyên tố, Nhiệt trị

(theo khối lượng ướt) Thành phần nguyên tố Nhiệt trị Ghi chú

2) Khảo sát vào mùa mưa

Tỷ trọng 3 hợp phần thành phần Nguyên tố Nhiệt trị

Rác thải thực phẩm Giấy Tã Nhựa Vải Gỗ Rác vườn Da, Cao su Kim loại

Vô cơ: thủy tinh, gốm sứ

Chất thải nguy hại Đá, cát, đất, tàn thuốc lá, vôi, than & tro, và các loại khá c

Các mẩu nhỏ còn lại

Trung bình của ngày nắng 56.92 10.33 4.52 15.51 3.42 0.97 1.96 0.30 0.60 2.30 0.20 1.09 1.88 100 n=4

Trng bình của ngày mưa 58.21 8.51 3.84 20.94 2.53 0.13 1.60 0.62 0.51 1.49 0.29 0.65 0.71 100 n=4

Trung bình của ngày nắng 55.23 6.36 3.94 13.79 3.64 0.80 9.35 1.07 0.22 1.43 0.23 0.27 3.66 100 n=4

Trng bình của ngày mưa 58.04 7.55 1.66 19.21 3.77 0.63 3.41 0.90 0.57 2.41 1.07 0.26 0.53 100 n=4

Trung bình Trung bình các mẫu 57.10 8.19 3.49 17.36 3.34 0.63 4.08 0.72 0.48 1.91 0.45 0.57 1.70 100 n Điều kiện Total

Tên cơ sở xử lý chất thải Độ ẩm (%) Thành phần đốt được (%) Tro (%)

Nhiệt trị cao (HHV) Kcal/Kg

Nhiệt trị thấp (LHV) Kcal/Kg

Nam Son FL Trung bình của ngày nắng 288.2 58.58 30.61 10.81 1726 1246 40.6 6.2 25.8 1.0 0.1 0.5 n=4

Trng bình của ngày mưa 362.5 63.33 28.63 8.04 1624 1080 40.0 6.4 30.5 0.8 0.1 0.6 n=4

Xuan Son LF Trung bình của ngày nắng 327.1 59.27 32.07 8.66 1774 1301 43.0 6.3 27.7 1.1 0.2 0.5 n=4

Trng bình của ngày mưa 430.7 68.60 24.86 6.55 1346 861 42.7 6.3 28.9 1.1 0.1 0.2 n=4

Trung bình Trung bình các mẫu 352.1 62.44 29.04 8.51 1617 1122 41.6 6.3 28.2 1.0 0.1 0.4 n

Tên cơ sở xử lý chất thải Điều kiện Tỷ trọng

3 thành phần Nhiệt trị Thành phần nguyên tố

Dữ liệu khí hậu của Hà Nội

Thời tiết của Hà Nội

Nhiệt độ trung bình hàng ngày (°C) 16.4 17.2 20 23.9 27.4 28.9 29.2 28.6 27.5 24.9 21.5 18.2 23.6

Số ngày mưa (trung bình) 10.3 12.4 16 14.4 14.5 14.6 15.6 16.9 13.6 10.9 7.9 5 152.

Giờ nắng (trung bình hàng tháng) 74 47 47 90 183 172 195 174 176 167 137 124 1.58

Nguồn: Vietnam Institute for Building Science and Technology

Dựa trên dữ liệu khí hậu của Hà Nội, 12 tháng trong năm được phân chia thành 03 nhóm chính dựa trên 04 chỉ số quan trọng: nhiệt độ, giờ nắng, lượng mưa và độ ẩm.

Nhóm mùa Đặc điểm thời tiết Đặc tính chất thải

1 Mùa khô: tháng 11 tháng 12 tháng 1 và tháng 2

Nhiệt độ: Thấp (16.4 – 21.5 O C) Giờ nắng: Thấp (47-137 giờ/tháng) Mưa (số ngày mưa lượng mưa): Ít Độ ẩm: thấp (80.9 – 83.4%) Độ ẩm: 58.39%

2 Mùa mưa: tháng 6 tháng 7 tháng 8 và tháng 9

Nhiệt độ: cao (27.5 –29.2 O C) Giờ nắng: cao (172-195 giờ/tháng) Mưa (số ngày mưa lượng mưa): Nhiều Độ ẩm: trung bình (82.2 – 87.2%) Độ ẩm: 62.44%

Nhiệt độ: trung bình (20 –27.4 O C) Giờ nắng: trung bình (40-183 giờ/tháng) Mưa (số ngày mưa lượng mưa):

Trung bình Độ ẩm: cao (84.2 – 89.4%) Độ ẩm: 63.09%

Vào tháng 4 năm 2018, một khảo sát đơn giản đã được thực hiện tại bãi rác Nam Sơn trong 2 ngày, với tổng cộng 8 mẫu được thu thập Khảo sát này nhằm mục đích đánh giá tình hình môi trường tại thời điểm chuyển giao các mùa.

Nghiên cứu cho thấy độ ẩm trung bình của rác thải là 63.09%, trong khi nhiệt trị đạt 1182 kcal/kg Độ ẩm của chất thải chịu ảnh hưởng từ bốn chỉ số khác nhau, dẫn đến sự biến đổi trong giá trị nhiệt trị của rác.

Trong mùa mưa mặc dù lượng mưa và số ngày mưa nhiều cũng như độ ẩm cao nhưng bù lại số lượng giờ nắng cao và nhiệt độ cao

Trong mùa có độ ẩm cao: mặc dù độ ẩm khá cao nhưng bù lại số lượng giờ nắng cao và nhiệt độ cao

Chất lượng chất thải được đề xuất cho nhà máy WTE được tóm tắt như sau:

Khu xử lý Độ ẩm

Mùa có độ ẩm cao Nam Sơn 63.09 - - 1182

4 HÌNH ẢNH CỦA QUÁ TRÌNH LẤY MẪU VÀ PHÂN TÍCH

PHÂN TÍCH THÀNH PHẦN VẬT LÝ

Các mẩu/thành phần nhỏ còn lại

Giảm kích thước rác nghiền nhỏ và đồng nhất mẫu

Thành phần tro Đo thành phần độ ẩm

Phân tích nguyên tố Lưu huỳnh

Phân tích nguyên tố Carbon và Hyđrô

Phân tích nguyên tố Clo

SUẤT 500 TẤN/NGÀY TRONG DÂY CHUYỀN XỬ LÝ RÁC SINH

HOẠT THÀNH NĂNG LƯỢNG ĐIỆN

RESEARCH AND DESIGN A WASTE CHARGING HOPPER SYSTEM WITH A CAPACITY OF 500T / DAY IN THE WASTE TREATMENT

LINE TURNING INTO ELECTRIC ENERGY Đỗ Thành Trung 1 , Trần Thái Hoà 1

1 Trường đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM

Nghiên cứu thiết kế hệ thống phễu nạp rác có công suất 500 tấn/ngày trong dây chuyền xử lý rác sinh hoạt chưa phân loại thành năng lượng điện là một phần quan trọng của công nghệ xử lý rác WTE Trong số nhiều phương pháp xử lý rác như chôn lấp và sinh học, đốt rác được xem là phương pháp hiệu quả nhất để chuyển hóa chất thải thành năng lượng hữu ích Bài viết cũng trình bày kết quả khảo sát thực nghiệm trên rác thải sinh hoạt tại Hà Nội, làm cơ sở lý thuyết cho việc thiết kế phễu Hơn nữa, kết quả nghiên cứu đã được mô phỏng 3D trên phần mềm Catia V5R17 Việc xử lý rác thải sinh hoạt chưa phân loại vẫn là thách thức lớn trên toàn cầu, đặc biệt khi hệ thống nạp liệu bằng băng tải kết hợp lò quay đã được nghiên cứu nhưng vẫn chưa giải quyết triệt để vấn đề phân loại rác tại nguồn Điều này gây khó khăn cho việc áp dụng công nghệ WTE ở các nước đang phát triển Nghiên cứu này nhằm khắc phục một số hạn chế của công nghệ WTE, góp phần tạo ra môi trường sống xanh, sạch đẹp cho nhân loại.

Từ khóa: Phễu nạp rác; WTE: waste to energy; chưa phân loại;Chất thải rắn đô thị

This article discusses the research and design of a waste charging hopper system with a capacity of 500 tons per day, integral to waste-to-energy plants that convert waste into electricity Among various waste treatment methods, incineration is highlighted as the most effective for transforming waste into valuable energy The study includes experimental data on municipal solid waste (MSW) from Hanoi, providing a theoretical foundation for hopper design and calculations Additionally, the research process involved 3D modeling using CATIA V5R17 software Addressing the global challenge of unsorted domestic waste treatment, the article references studies conducted by Swiss scientists on conveyor feeding systems with rotary kilns and hoppers.

Despite advancements in Waste-to-Energy (WTE) technology, challenges remain, particularly in the classification of municipal solid waste (MSW) from households or through costly sorting systems This issue is particularly pronounced in developing and underdeveloped countries, making the implementation of WTE technology more difficult This study aims to address these limitations, offering potential solutions to enhance WTE processes and promote a cleaner, more sustainable living environment for all.

Keywords: Waste charging hopper;WTE: waste to energy; unsorted;MSW:Municipal Solid Waste

Hiện nay, trong dây chuyền xử lý rác bằng công nghệ WTE, có nhiều phương pháp cấp rác hiệu quả như nạp rác bằng băng tải, lò quay và phễu gắn cơ cấu rung.

Bài viết này giới thiệu một phương pháp nạp rác mới, sử dụng quá trình nén 20% thể tích rác trên cổ phễu bằng xy lanh thủy lực, tạo khoảng không cho rác rơi xuống trước khi được chuyển vào lò đốt Phễu nạp rác này có khả năng hoạt động hiệu quả trong dây chuyền xử lý rác chưa phân loại, đồng thời giúp ngăn chặn khí độc như dioxin, NOx, SOx, và CO từ lò thoát ra, bảo vệ sức khỏe và môi trường Về mặt kinh tế, phương pháp này tối ưu hóa diện tích xây dựng nhà máy và có thể thay thế cho các dây chuyền phân loại rác tốn kém.

Việc lấy mẫu thực hiện một cách ngẫu nhiên

Trong thời gian 6 ngày, chúng tôi sẽ thực hiện khảo sát tổng cộng 24 mẫu tại các bãi rác lớn ở khu vực thành phố Hà Nội Công việc khảo sát sẽ diễn ra liên tục trong cả sáng và chiều.

Cầu Diễn: 4 mẫu/ngày x 2 ngày = 8 mẫu

Nam Sơn: 4 mẫu/ngày x 2 ngày = 8 mẫu

Xuân Sơn: 4 mẫu/ngày x 2 ngày = 8 mẫu

2.3 Tính chất vật lý của rác

Kết quả khảo sát cho thấy tỷ trọng của rác khi còn rời rạc là ρ1 = 321.5 kg/m³ Tuy nhiên, trước khi gầu cạp chuyển rác lên phễu, rác đã bị nén trong hầm chứa, dẫn đến tỷ trọng thay đổi đáng kể, đạt ρ = 650 kg/m³ Giá trị này được sử dụng để tính toán toàn bộ phễu.

Hình 1 Lấy mẫu tại các bãi rác

Hình 2 Phân loại theo thành phần vật lý của rác

Cầu Diễn 60.79 29.91 9.3 330 1293 Nam Sơn 59.01 30.62 10.37 277 1174 Xuân Sơn 54.76 33.63 11.61 280 1315

TB 58.39 31.19 10.42 291 1239 Nam Sơn 60.96 29.62 9.42 325.3 1163 Xuân Sơn 63.93 28.46 7.6 378.9 1081

Tỷ trọng (kg/m 3 ) Mùa Bãi rác

Mưa Độ ẩm (%) Bảng 1 Tính chất vật lý của rác tại khu vực thành phố Hà Nội

3.1 Tiêu chí thiết kế phễu

- Đáp ứng yêu cầu về công nghệ : Xử lý được rác thải sinh hoạt chưa phân loại

- Có thể chế tạo dễ dàng trên các máy móc, thiết bị phổ biến

- Thuận tiện cho việc vận chuyển và lắp đặt tại nhà máy

- Vận hành, bảo trì và bảo dưỡng được dễ dàng

Việc tính toán thiết kế phễu gồm 4 phần :

1 Thể tích phễu đủ đáp ứng nhiên liệu trong dây chuyền xử lý rác có công suất 500 T/ngày

2 Thông số kích thước cổ phễu tại vị trí kết nối vỉ đốt có công suất như trên

Lực nén đạt 20% thể tích rác và lực hãm của xy lanh tại cửa van khi đóng 100% trong quá trình khởi động lò đốt, ngay tại cổ phễu, là yếu tố quan trọng để lựa chọn xy lanh thủy lực phù hợp.

4 Tính toán kiểm tra bền cho phễu

Trong bài viết này, tác giả chỉ giới thiệu tới độc giả phần 3 Vì đây là phần quan trọng nhất trong việc xử lý rác chưa phân loại

3.2.1 Tính toán hành trình nén của xy lanh [2]

Khi nén 20% thể tích, cửa van xoay một góc θ và được xác định bởi (2), như hình 5

- Thể tích rác bị nén 20% trên cổ phễu :

- Bề ngang cổ phễu 1 bên cửa van :

- Khoảng không tạo ra khi nén :

- Thể tích 80 % của V0 (một bên cửa van)

- Chiều cao rác cần nén trên cổ phễu :

Sơ đồ vị trí tương đối giữa tâm bản lề, ắc xoay thân xy lanh và khớp liên kết giữa ty xy lanh với cửa van được thiết lập khi thực hiện nén 20% thể tích, như thể hiện trong hình 6.

+ α : Là góc hợp bởi T-U + α’: Là góc hợp bởi U-V’

+ U : Khoảng cách từ ắc xoay xy lanh - tâm bản lề

+ T : Khoảng cách từ tâm bản lề - khớp liên kết + V1’: Khoảng cách từ ắc xoay thân xy lanh- khớp liên kết, vị trí cửa van ○ 1

+ V2’ : Khoảng cách từ ắc xoay thân xy lanh- khớp liên kết, vị trí cửa van ○ 2 (nén 20%)

+ V3’: Khoảng cách từ ắc xoay thân xy lanh- khớp liên kết, vị trí cửa van ○ 3 (đóng 100%)

Lưu ý : Các giá trị V2’ và α1, α2’, α2”, α3, α3’, α3” được xác định theo định lý Cosin, và giá trị của từng thông số được xác định bởi các công thức:

Hình 5 Mô tả nén rác 1 bên cửa van tại cổ phễu

Hình 6 Vị trí tâm bản lề - liên kết ty xy lanh và van - ắc xoay

- Thế các giá trị vào các công thức (9)→(20), ta được kết quả trong bảng 2

- Ngoài ra, giá trị các thông số cho từng trạng thái

○ 1 , ○ 2 , ○ 3 của cửa van cũng được minh họa cụ thể trên hình 7

- Kích thước từ ắc xoay xy lanh tới khớp liên kết cửa van, vị trí cửa van○ 1 :

- Kích thước từ ắc xoay xy lanh tới khớp nối cửa van, vị trí cửa van ○ 3 :

- Hành trình xy lanh được chọn :

- Góc đóng cửa van 100% ứng với vị trí ○ 3 : + θmax = α3 – α1 = 67.33 o – 23.91 o = 43.4 o (25)

3.2.2 Tính toán lực đẩy của xy lanh khi thực hiện nén 20% thể tích (tham khảo hình 5, 7, 8)

 Các thông số cần thiết tính toán lực gồm :

- Góc ma sát trong của phễu :

- Hệ số áp lực của rác [1]

- Khối lượng riêng của rác :

- Áp lực do rác gây ra trên cửa van : + Pr = k*H*ρ*9.8 = 9941N/m 2 (30)

- Moment do rác gây ra làm cửa van xoay quanh tâm bản lề, có xu hướng hồi về (từ vị trí ○ 2 → ○ 1 ), như : + Mr = Pr*L1*L2*a/2 = 39003 N.m (31)

- Trọng lượng bản thân cửa van :

- Moment do trọng lượng bản thân cửa van gây ra làm cửa van xoay quanh tâm bản lề, có xu hướng hồi về (từ vị trí ○ 2 → ○ 1 )

- Áp lực nén cần thiết đối với rác dễ cháy có nhiệt trị từ 1100 kcal/kg :

Bảng 2 Vị trí giữa tâm bản lề-khớp liên kết xy lanh -ắc xoay

Vị trí TBL-KLK-AX

Hình 7 Các vị trí cửa van

Hình 8 Tải rác tác động trên cửa van

- Moment cần thiết khi nén 20% thể tích :

- Khoảng cách từ tâm bản lề đến khớp liên kết:

- Phản lực Fsf do các tải tác động trên cửa van ngay trên chốt khớp liên kết :

- Góc θY1 hợp bởi giữa Fsf và Fsmin :

- Lực đẩy cần thiết của xy lanh :

- Theo hệ thống thuỷ lực nhà máy :

- Đường kính tối thiểu của xy lanh theo tính toán :

- Đường kính xy lanh chọn theo catalogue [3]:

- Lực đẩy của dầu thủy lực trên đầu piston khi chọn đường kính xy lanh D0 mm

+ So sánh Fs và Fs min , kết quả : Fs > Fs min , nghĩa là xy lanh được tính toán và chọn đạt yêu cầu

- Áp lực dầu thủy lực cần thiết cho xy lanh để cửa van thực hiện nén 20% thể tích rác (góc 14.6 o )

- Lực đẩy lớn nhất của dầu thủy lực trên đầu piston khi chọn đường kính xy lanh D0 (mm)

3.2.3 Tính toán khả năng hãm tải trên xy lanh khi cửa van đóng 100% (tham khảo hình 7, 9)

- Theo thông tin từ nhà cung cấp, thể tích của gầu cạp :

- Số gầu cần thiết bịt kín toàn bộ cổ phễu :

- Từ (49) và (50), suy ra thể tích rác cần bịt kín cổ phễu cho một bên cửa van :

- Từ (29) và (51), ta có khối lượng rác làm kín cổ phễu cho một bên cửa van :

- Từ (4) và (8) ta được khối lượng do áp suất hút :100mmAq = 0.01 kg/cm 3 từ trong lò :

- Hệ số ma sát trên phễu :

Do tính chất rời rạc của rác, tải trọng trên phễu được coi là tải phân bố đều, như minh họa trong hình 9 Các lực tác động từ tải này bao gồm nhiều yếu tố khác nhau.

- Phản lực trên mặt nghiêng của phễu, có phương vuông với mặt này :

- Lực ma sát giữa rác và phễu : + Fms = μ* N = –μ*P* Cos 40 o (56)

- Tải của rác theo phương song song với mặt nghiêng phễu :

- Tải của rác theo phương thẳng đứng trên phễu : + P = W1*9.8 = 26000*9.8 = 254800 N (58)

- Từ (56), (57) và phác họa các lực trên hình 9 Ta có tổng các tải của rác trên mặt nghiêng phễu :

- Suy ra tải của rác tác động trực tiếp trên cửa van : +F1 = F’ * Cos φ1 5039 N (60)

- Từ các giá trị trong bảng 2 và hình 7, ta tính được góc cửa van mở 100% :

- Gọi φ1 là góc hợp bởi F’và F1 : + φ1 = θmax–40 o = 43.4 o -40 o =3.4 o (62)

- Từ (32) và (61), thì tải do trọng lượng cửa van bằng : + F2 = W2*Sinθmax = 13390 N (63)

- Thay (53) vào công thức, ta được giá trị tải trên cửa van do áp suất hút từ trong lò :

Hình 9 Tải rác tác động trên cửa van đóng 100% min

- Thế các giá trị (60), (63), (64) và (65) vào công thức, ta được giá trị moment Tm :

- Từ (38) và (66), ta tính ra được lực hãm của xy lanh trực tiếp lên chốt khớp liên kết giữa đầu ty xy lanh và cửa van :

- Giá trị của góc θY2 hợp bởi Fgf và Fgmin như trong