Chỉ có phần lý thuyết bản word + tính toán thiết kế Đồ án tính toán thiết kế hệ thống xử lý khí thải lò đốt với công suất 2000 kgh với đầy đủ các chương theo yêu cầu về nội dung lẫn hình thức của đồ án môn học xử lý nước thải, đồ án cung cấp thông tin về đặc tính nước thải, các phương pháp xử lý, đề xuất công nghệ và tính toán thiết kế
GIỚI THIỆU VỀ HUYỆN ĐÔNG HẢI TỈNH BẠC LIÊU
ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN
Đông Hải nằm ở phía Nam của tỉnh Bạc Liêu; cách trung tâm tỉnh lỵ là thành phố Bạc Liêu 60 km, là huyện xa nhất tỉnh Bắc giáp huyện Giá Rai; Tây giáp huyện Đầm Dơi và thành phố Cà Mau, tỉnh Cà Mau, ranh giới là sông Gành Hào; Đông giáp huyện Hoà Bình; Nam giáp biển Đông Về hành chánh, huyện bao gồm 11 xã, thị trấn là: thị trấn Gành Hào, xã Long Điền, Long Điền A, Long Điền Đông, Long Điền Tây, Điền Hải, An Trạch, An Trạch A, An Phúc, Định Thành, Định Thành A.
Huyện có diện tích lớn nhất tỉnh Bạc Liêu, địa hình bằng phẳng thấp trũng ở phía Tây, đất phèn, nhiễm mặn Quốc lộ 1A chạy cắt ngang huyện Sông Gành Hào, kênh Cà Mau - Bạc Liêu là những tuyến giao thông thủy quan trọng của huyện Huyện có 23 km bờ biển với 2 cửa sông lớn: cửa Cống Cái Cùng, cửa Gành Hào, có nhiều tiềm năng trong phát triển du lịch và kinh tế biển, đặc biệt là nghề làm muối và nuôi trồng thủy sản Tuy nhiên, hiện nay, Đông Hải vẫn là huyện nghèo, phát triển kinh tế chưa tương xứng với tiềm năng.
ĐIỀU KIỆN KINH TẾ - VĂN HÓA – XÃ HỘI
Cơ cấu kinh tế của huyện là Nông – lâm – ngư nghiệp: 62%, Công nghiệp và xây dựng: 16%, Thương mại - Dịch vụ: 22%, tăng trưởng kinh tế của huyện bình quân hằng năm tăng trên 10%. Đông Hải là huyện có chiều dài bờ biển lớn nhất tỉnh Bạc Liêu, kinh tế của huyện cũng chủ yếu dựa vào biển Người dân Đông Hải có truyền thống làm muối và nuôi trồng, khai thác thủy sản Chỉ tính riêng trong tháng 7/2022, sản lượng khai thác và nuôi trồng thủy sản của huyện ước đạt trên 17.290 tấn, nâng tổng sản lượng trong 7 tháng của năm
2022 đạt 96.058 tấn (đạt 54,6% kế hoạch và tăng 6,6% so với cùng kỳ) Hiện Phòng
NN&PTNT huyện Đông Hải đang tiếp tục theo dõi diện tích thả giống, chăm sóc và thu
Hình 1 Huyện Đông Hải, tỉnh Bạc Liêu ([3]). hoạch tôm nuôi của các hộ nuôi trên địa bàn Nhìn chung, mô hình nuôi tôm siêu thâm canh đang phát triển mạnh, đạt sản lượng cao…
Về thương mại – dịch vụ: Toàn huyện hiện có 4.086 cơ sở kinh doanh thương mại - dịch vụ; 11 hợp tác xã với 1.933 xã viên, tổng vốn điều lệ khoảng 3,6 tỷ đồng với các ngành nghề kinh doanh chủ yếu: nuôi trồng thủy sản, diêm nghiệp, chăn nuôi, dịch vụ
Công nghiệp và tiểu thủ công nghiệp: có 1.291 cơ sở sản xuất công nghiệp - tiểu thủ công nghiệp với các ngành nghề chính như: sản xuất nước đá, sửa chữa cơ khí, chế biến các mặt hàng thủy sản, chế biến lương thực - thực phẩm, sản xuất muối, gia công cơ khí, hầu hết các cơ sở này sản xuất kinh doanh hiệu quả Tuy nhiên về quy mô và mức độ đầu tư chưa đáp ứng nhu cầu phát triển, chủ yếu là gia công và chế biến thô sơ, chưa có nền công nghiệp hiện đại.
1.2.2 Điều kiện văn hóa – xã hội Đông Hải là huyện nghèo, mới thành lập, cơ sở hạ tầng chưa thật sự đồng bộ Đến năm 2021, bình quân thu nhập đầu người 63,3 triệu đồng/người/năm tỷ lệ hộ nghèo của huyện giảm còn khoảng 1,15% (tức là giảm 0,21% tương đương 80 hộ) Tuy nhiên được sự quan tâm đầu tư của các cấp chính quyền, đến nay, huyện đã cơ bản xóa được nhà ở tạm bợ, đời sống vật chất và tinh thần của nhân dân được nâng lên rõ rệt, chất lượng giáo dục, y tế có những chuyển biến tích cực, diện mạo nông thôn ngày càng khởi sắc Nhưng khi nhắc tới vấn đề chất thải rắn sinh hoạt thì lại là một bài toán nan giải cho chính quyền nơi đây.
Vấn đề rác thải của tỉnh Bạc Liêu thật sự là câu chuyện nói hoài, nói mãi mà chưa có giải pháp hữu hiệu để xử lý Hàng trăm tấn rác/ngày của tỉnh Bạc Liêu phải chuyển qua địa bàn huyện Vĩnh Lợi và được giải quyết bằng cách chôn lấp, gây ô nhiễm môi trường trầm trọng Trong khi đó thị xã Giá Rai là đô thị lớn thứ 2 của tỉnh (chỉ sau TP.Bạc Liêu), mỗi ngày thải ra hơn 40 tấn rác cũng không có nơi để xử lý rác tập trung Cả Thành phố Bạc Liêu và thị xã Giá Rai đều có chung tình cảnh là phải mang rác đi gửi sang các địa phương khác và đến nay vẫn chưa tìm được nhà đầu tư đủ tiềm lực để xây dựng nhà máy xử lý rác
Hiện nay, ước tính toàn tỉnh Bạc Liêu mỗi ngày thải ra hơn 400 tấn rác và tính riêng huyện Đông Hải là 48 tấn/ngày Trong khi đó, chỉ có hai lò đốt rác tập trung tại hai huyện Đông Hải và Phước Long, công suất lò đốt 500kg/giờ và các bãi chôn lấp rác tại ấp Tân
Tạo (thị trấn Châu Hưng, huyện Vĩnh Lợi), huyện Hòa Bình, thị xã Giá Rai Điều đáng nói là tất cả đều không đảm bảo về vấn đề môi trường, luôn trong tình trạng quá tải trầm trọng.
TỔNG QUAN VỀ CÁC CÔNG NGHỆ XỬ LÝ KHÍ THẢI
THÀNH PHẦN KHÍ THẢI TRONG LÒ ĐỐT RÁC THẢI SINH HOẠT
Ngày nay, việc xử lý rác thải loại này được áp dụng phổ biến dưới hình thức đốt. Tuy nhiên, khi đốt lượng rác thải này, thì khí thải sinh ra cũng gây ô nhiễm không khí. Đặc điểm khí thải từ lò đốt rác:
+ Hàm lượng các khí HCl, HF thấp (vì thành phần nhựa trong rác thải chủ yếu là PE).
+ Hàm lượng CO, SOx, bụi, VOCs: không ổn định, thấp những vẫn vượt quá giới hạn cho phép.
+ Hàm lượng NOx cao do đốt cháy thành phần N hữu cơ trong rác thải (khoảng
70 – 80% thành phần NOx sinh ra) và một phần tạo thành do oxi phản ứng với nito trong không khí ở nhiệt độ cao.
+ Nhiệt độ và lưu lượng khí thải biến động.
+ Thành phần khí thải của lò đốt rác tùy thuộc vào thành phần rác thải và các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình đốt.
Với những đặc điểm trên, đặt ra yêu cầu cần phải xử lý khí thải lò đốt rác sao cho lượng khí thải tạo ra giảm thiểu đến mức tối đa sự độc hại cho môi trường và sức khỏe con người.
CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ BỤI
Thu gom bụi hoạt động theo nguyên lý sử dụng lực hấp dẫn, trọng lực để lắng đọng những phần tử bụi ra khỏi không khí. Ưu điểm:
Có thể thu gom các hạt bụi có kích thước lớn hơn 10 μmm
Thiết bị đơn giản, dễ chế tạo
Chi phí vận hành và bảo trì thấp
Thường được sử dụng để làm sạch sơ bộ
Buồng có kích thước lớn, thiết bị cồng kềnh
Vận tốc dòng khí nhỏ 1-2 m/s
Xử lý hiệu quả các hạt > 50 μmm Không xử lý được bụi có kích thước nhỏ
Hiệu quả xử lý thường chỉ đạt < 70%
2.2.2 Thiết bị lằng bụi quán tính
- Nguyên lý hoạt động: Khi đột ngột thay đổi chuyển hướng chuyển động của dòng khí, các hạt bụi dưới tác dụng của lực quán tính tiếp tục chuyển động theo hướng cũ và tách ra khỏi khí, rơi vào bình chứa.
- Vận tốc của khí trong thiết bị khoảng 1 m/s, còn ở ống vào khoảng 10 m/s Hiệu quả xử lý của thiết bị này từ 65 - 80% đối với các hạt bụi có kích thước 25 – 30 μmm Trở lực của chúng trong khoảng 150 – 390N/m 2
- Thiết bị cyclone được ứng dụng rộng rãi có hiệu quả cao khi kích thước hạt bụi lớn hơn
5 μmm Thu hồi bụi trong cyclone diễn ra dưới tác dụng của lực ly tâm.
- Nguyên lý hoạt động: Dòng khí nhiễm bụi được đưa vào phần trên của cyclone Thân cyclone thường là hình trụ có đáy là chóp cụt Ống khí dẫn vào thường có dạng khối chữ nhật, được bố trí theo phương tiếp tuyến với thân cyclone Khí vào cyclone thực hiện chuyển động xoắn ốc, dịch chuyển xuống dưới và hình thành dòng xoáy ngoài Lúc đó, các hạt bụi, dưới tác dụng của lực ly tâm văng vào thành cyclone Tiến gần đáy chóp, dòng khí bắt đầu quay ngược trở lại và chuyển động lên trên hình thành dòng xoắn trong. Các hạt bụi văng đến thành, dịch chuyển xuống dưới nhờ lực đấy của dòng xoáy và trọng lực và từ đó ra khỏi cyclone, qua ống xả bụi Khí sạch sau xử lý được đưa ra ở phía trên đỉnh thiết bị bởi ống trụ tâm.
Hình 4 Thiết bị lắng bụi quán tính ([6]).
Cyclone đơn là thiết bị hoàn chỉnh hoạt động độc lập và có nhiều dạng khác nhau như dạng hình trụ, dạng hình côn Việc sử dụng loại nào là tùy thuộc vào đặc tính của bụi và yêu cầu xử lý Dạng hình trụ có năng suất lớn, còn loại hình côn có hiệu suất lớn.
- Cyclone tổ hợp là một thiết bị lọc bụi gồm một số lượng lớn các đơn nguyên cyclone mắc song song trong một vỏ có chung đường dẫn khí vào, khí ra, thùng chứa bụi Trong cyclone tổ hợp, việc tạo nên chuyển động quay của dòng khí trong thiết bị không phải do dòng khí được đưa vào theo phương tiếp tuyến mà do các dụng cụ định hướng dạng chong chóng hoặc dạng hoa hồng đặt trong thiết bị Do vậy kích thước của cyclone tổ hợp nhỏ hơn kích thước của cyclone đơn có cùng công suất.
- Nguyên lý làm việc: Khi bụi đi vào ống nối và sau đó đi vào hộp phân phối, từ đó đi vào các không gian giữa vỏ đơn nguyên và ống xả Trong khoảng không gian này có đặt các dụng cụ định hướng để tạo sự chuyển động xoáy Bụi sau khi tách đi qua lỗ tháo bụi và vào thùng chứa. Ưu điểm:
Không có phần chuyển động nên tăng độ bền của thiết bị
Có thể làm việc ở nhiệt độ cao lên đến 500 o C
Thu hồi bụi ở dạng khô
Trở lực hầu như cố định và không lớn 250 – 1500 N/m 2
Làm việc ở áp suất cao
Có khả năng thu hồi vật liệu mài mòn mà không cần bảo vệ bề mặt cyclone
Hiệu suất không phụ thuộc sự thay đổi nồng độ bụi
Hiệu quả vận hành kém khi bụi có kích thước nhỏ hơn 5μmm
Không thể thu hồi bụi kết dính
CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ KHÍ THẢI
Nguyên lý của phương pháp xử lý khí thải lò đốt rác bằng tháp hấp thụ đó là dựa trên sự tương tác giữa chất cần hấp thụ (khí hoặc hơi) với chất hấp thụ là chất lỏng hoặc các chất khác là chất rắn hoặc chất hòa tan trong chất lỏng Dựa vào bản chất của sự tương tác nói trên mà người ta chia thành sự hấp thụ vật lý hay sự hấp thụ hóa học.
– Hấp thụ vật lý: Là quá trình dựa trên sự tương tác vật lý thuần túy; nghĩa là chỉ bao gồm sự khuếch tán, hòa tan các chất cần hấp thụ vào trong lòng chất lỏng và sự phân bố của chúng giữa các phân tử chất lỏng
– Hấp thụ hóa học: Hấp thụ hóa học là quá trình hấp thụ luôn đi kèm với một hay nhiều phản ứng hóa học Sau quá trình khuếch tán là quá trình xảy ra các phản ứng hóa học. Như vậy sự hấp thụ hóa học không những phụ thuộc vào tốc độ khuếch tán của khí sơn vào trong chất lỏng mà còn phụ thuộc vào tốc độ chuyển hóa các chất – tốc độ phản ứng của các chất.
2.3.2 Tháp hấp phụ Đối với phương pháp hấp phụ sử dụng trong xử lý khí thải lò đốt rác, có thể tiến hành theo hai phương pháp: phương pháp hấp phụ tĩnh và phương pháp động Do phương pháp hấp phụ động có hiệu suất cao hơn và phù hợp hơn đối với thực tiễn sản xuất cho nên thường được sử dụng trong xử lý khí thải công nghiệp nói chung và khí thải từ lò đốt rác nói riêng.
Quá trình hấp phụ thông thường được tiến hành trong các buồng hấp phụ có chứa các chất có khả năng hấp phụ Khí thải chứa các chất cần hấp phụ được dẫn qua lớp chất hấp phụ Các chất cần hấp phụ sẽ được giữ lại còn khí sạch sẽ được thải ra ngoài Ưu điểm lớn nhất của phương pháp hấp phụ đó chính là khả năng làm sạch cao, các chất hấp phụ sau khi được sử dụng đều có khả năng tái sinh Do đó, có thể làm hạ giá thành xử lý cho các lò đốt rác.
Hình 7 Tháp hấp thụ có đệm ([9]).
CƠ SỞ LỰA CHỌN VÀ ĐỀ XUẤT SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ KHÍ THẢI
TÍNH TOÁN LƯU LƯỢNG VÀ NỒNG ĐỘ ĐẦU VÀO
Bảng 1 Thành phần dầu DO ([14])
Bảng 2 Thành phần rác sinh hoạt ([15])
Lượng nhiên liệu tiêu thụ: 100 lít dầu DO/ 1 tấn rác Để đốt 1 tấn rác cần 100 lít dầu DO
Lượng dầu DO cần cho 1h:
B = 2 tấn/h 100 lít dầu = 200 lít dầu/h = 186 kg dầu/h ( 1 lít dầu = 0,93 kg dầu)
Nhiệt năng của nhiên liệu theo công thức Mendeleev:
Qd = 81.C d + 246.H d – 26(O d – S d ) – 6 W d = 81.86,5 + 246.10,5 – 26(0,3 – 0,3) – 6.1,8 9578,7 kcal/kg Nhiệt trị của rác được xác định theo công thức (8.4/[16]) của D.I.Mendeleev:
Qr = 339Cr + 1256Hr – 108,8(Or – Sr) - 25,1(Wr + 9Hr) = 339.35 + 1256.6,01–
Lượng nhiên liệu tiêu thụ: B = 186 kg/h
Hệ số thừa không khí: α = 1,4 (Trang 17/ [13])
Hệ số cháy không hoàn toàn: η = 0,6% (Trang 17/ [13])
Hệ số tro bụi bay theo khói: a = 0,5 (Trang 17/ [13])
Nhiệt độ khói thải: tkhói = 150 o C
Bảng 3 Các đại lượng của quá trình cháy
STT Đại lượng tính Phép tính Kết quả
1 Lượng không khí khô lý thuyết
2 Lượng không khí ẩm lý thuyết d = 17 g/kg (t = 30 o C φ = 65%)
3 Lượng không khí ẩm thực tế với hệ số α
4 Lượng khí SO 2 trong SPC V SO 2 = 0,683.10 -2 S d
5 Lượng khí CO trong SPC với η = 0,006 V CO = 1,865.10 -2 η C d = 1,865.10 -
6 Lượng khí CO 2 trong SPC V CO 2 = 1,853.10 -2 (1−η).C d
7 Lượng hơi nước trong SPC
9 Lượng khí O 2 trong không khí thừa V O 2 = 0,21.( α−1¿.V a = 0,21.(1,4 –
10 a) Lượng khí NO x trong SPC (xem như
NO 2 : ρ NO 2 = 2,054 kg/m 3 chuẩn b) Quy đổi ra m 3 chuẩn/kg NL c) Thể tích khí N 2 tham gia vào phản ứng của NO x d) Thể tích khí O 2 tham gia vào phản ứng của NO x
11 Lượng SPC tổng cộng ở điều kiện chuẩn
12 Lưu lượng khói (SPC) ở điều kiện thực tế (t khói = 150 o C)
13 Tải lượng khí SO 2 với ρ SO2 = 2,926 kg/ m 3 chuẩn M S O 2 3 V SO 2 B ρ SO2
14 Tải lượng khí CO với ρ CO = 1,25 kg/m 3 chuẩn M CO 3 V CO B ρ CO
15 Tải lượng khí CO 2 với ρ CO2 = 1,977 kg/ m 3 chuẩn M CO 2 3 V CO 2 B ρ CO2
17 Tải lượng tro bụi với hệ số a 0,5
18 Nồng độ phát thải các chất ô nhiễm trong khói: a) Khí SO 2 b) Khí CO
127,5 g/m 3 c) Khí CO 2 d) Khí NO x e) Bụi
Khối lượng rác đốt mỗi giờ là 2000 kg, với cách tính tương tự như trên ta có bảng
Bảng 4 Tính toán các đại lượng trong quá trình đốt cháy rác
Thứ tự Đại lượng tính Phép tính Kết quả
1 Lượng không khí khô lý thuyết
Lượng không khí ẩm lý thuyết
3 Lượng không khí ẩm thực tế với hệ số α = 1,4 V t = α.V a = 1,4.4,17 5,838 m 3 /kg rác
4 Lượng khí SO 2 trong SPC V SO2 = 0,683.10 -2 S r
5 Lượng khí CO trong SPC V CO = 1,865.10 -2 η.C r
6 Lượng khí CO 2 trong SPC V CO2 = 1,853.10 -2 (1-η).C r
7 Lượng hơi nước trong SPC V H2O = 0,111H r +0,0124W r +0,0016d.V t
9 Lượng khí O 2 trong không khí thừa V O2 = 0,21(α-1).V a
10 a) Lượng khí NO x trong SPC (xem như
NO 2 : ρ NO2=2,054kg/m 3 chuẩn ) b) Quy đổi ra m 3 chuẩn/kg NL c) Thể tích khí N 2 tham gia vào phản ứng của NO x d) Thể tích khí O 2 tham gia vào phản ứng của NO x
11 Lượng SPC tổng cộng ở điều kiện chuẩn
V SPC = V SO2 + V CO + V CO2 + V H2O + V N2 + V O2 + V NOx -
12 Lưu lượng khói (SPC) ở điều kiện thực tế (t khói = 200 o C) L T =L C (273+t khói )
13 Tải lượng khí SO 2 với ρ SO 2 =2,926kg/m3chuẩn M SO 2 3 V SO2 B ρ SO 2
14 Tải lượng khí CO với ρ CO =1,25kg/m3chuẩn M CO 3 V CO B ρ CO
15 Tải lượng khí CO 2 với ρ CO 2 =1,977kg/m3chuẩn M CO2 3 V CO2 B ρ CO2
17 Tải lượng tro bụi với hệ số a 0,5 M bụi =
18 Nồng độ phát thải các chất ô nhiễm trong khói: a) Khí SO2 b) Khí CO
120,3g/m 3 c) Khí CO2 d) Khí NOx e) Bụi
Bảng 5 Nồng độ chất ô nhiễm khí thải phát ra từ lò đốt rác sinh hoạt
Nồng độ ô nhiễm từ quá trình đốt cháy dầu (mg/m 3 )
Nồng độ ô nhiễm từ quá trình đốt cháy rác (mg/m 3 )
Nồng độ ô nhiễm tổng cộng (mg/m 3 )
Tổng lưu lượng khí thải: L = 1,28 + 5,845 = 7,125 m 3 /s = 25650 m 3 /h
CƠ SỞ LỰA CHỌN VÀ ĐỀ SUẤT QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
Bảng 6 Thành phần và lưu lượng khí thải đầu vào từ lò đốt rác thải sinh hoạt
Thông số Giá trị Đơn vị Theo QCVN 61-
Cyclone được lựa chọn để xử lý tro, bụi là vì có những ưu điểm sau:
Độ bền cao do không có phần chuyển động
Có khả năng thu hồi vật liệu mài mòn mà không cần bảo vệ bề mặt cyclone
Thu hồi bụi ở dạng khô
Trở lực hầu như cố định và không lớn (250 – 1500N/m 2 )
Làm việc tốt ở áp suất cao và có thể làm việc ở nhiệt độ cao (đến 500 o C)
Chế tạo đơn giản, rẻ, và cho năng suất cao
Hiệu quả không phụ thuộc vào sự thay đổi nồng độ bụi
Hiệu suất của quá trình xử lý bụi:
Hiệu suất của quá trình xử lý các khí thải bằng tháp hấp thụ:
Tháp hấp thụ dạng đệm và tháp hấp thụ dạng rỗng được đề suất trong 2 phương án dưới đây để xử lý khí SO2:
Các dung dịch hấp thụ phổ biến và có thể sử dụng là NaOH, Ca(OH)2, nước…
Trong khói lò đốt có khí CO2 Vì thế nếu dung dịch hấp thụ là Ca(OH)2 thì lượng khí này sẽ phản ứng với dung dịch nước vôi theo phản ứng:
=> Phản ứng không mong muốn này làm tiêu tốn thêm hóa chất trong hệ thống. Đồng thời CaCO3 sẽ lắng đọng trên bề mặt đệm dẫn tới làm giảm hiệu suất xử lý khí thải qua các lớp vật liệu đệm nói trên Chúng còn đóng trên hệ thống phun dung dịch làm tắc nghẽn hệ thống này và có thể dẫn tới những sự cố hư hỏng không mong muốn trong hệ thống ống dẫn hấp thụ gây hao tổn chi phí.
Khí SO2 có độ hòa tan trong nước thấp, nên nếu dùng dung dịch hấp thụ là nước,thì phải dùng một lượng nước rất lớn, đồng thời thiết bị hấp thụ phải có thể tích lớn Mặt
Khí thải từ lò đốt
Thiết bị giải nhiệt Bể chứa nước nóng
Hoàn nguyên dd hấp thụ
Bể chứa nước giải nhiệt
Hoàn nguyên nước giải nhiệt
Hệ thống XLNT khác, để tách SO2 ra khỏi dung dịch phải nung nóng từ 100 o C trở lên nên dẫn tới tốn nhiều năng lượng gây tốn kém chi phí.
NaOH là chất hấp thụ có hoạt độ hấp thụ mạnh, có thể xử lý SO2 ở bất kỳ nồng độ nào Vì thế, NaOH được chọn làm dung dịch hấp thụ cho quy trình công nghệ.
GVHD: PGS.TS.Tôn Thất Lãng
Quạt ly tâm Ống khói
Nguồn tiếp nhận đạt QCVN 61-MT:2016/BTNMT Đường khí thải Đường bụi Đường nước
Chú thích Đường hóa chất
Bể chứa dd hấp thụ
Bể chứa dd sau hấp thụ dd NaOH Đồ án xử lý khí thải
Thiết kế hệ thống xử lý khí thải cho lò đốt rác sinh hoạt tại Huyện Đông Hải tỉnh Bạc Liêu công suất 2000 kg/h
Thuyết minh quy trình công nghệ phương án 1:
Khí thải từ buồng đốt thứ cấp được dẫn vào công trình đầu tiên của hệ thống xử lý là thiết bị giải nhiệt để hạ nhiệt độ của khí thải xuống mức cho phép trước khi đi vào thiết bị tiếp theo Dòng nước nóng sau quá trình giải nhiệt được dẫn qua hệ thống giải nhiệt nước để tuần hoàn tái sử dụng cho đầu vào của thiết bị ống chùm.
Khí thải sau khi qua thiết bị giải nhiệt thì sẽ tiếp tục được dẫn vào Cyclone để xử lý tro, bụi theo cơ chế va đập quán tính Phần tro bụi tách khỏi dòng khí được thu gom vào thùng chứa và chở đi xử lý định kỳ Dòng khí sau khi tách tụi sẽ bị đẩy ngược lên và xoáy theo đường trục ở tâm cyclone thoát ra ngoài.
Sau quá trình xử lý bụi tại thiết bị cyclone, khí thải được dẫn vào tháp hấp thụ từ dưới lên tiếp xúc với dòng dung dịch NaOH được phun từ trên xuống thông qua các lớp vật liệu đệm giúp tăng diện tích bề mặt tiếp xúc giữa 2 pha khí và lỏng Dòng dung dịch sau hấp thụ chứa muối tan chảy xuống đáy và dẫn vào hệ thống xử lý nước thải để hoàn nguyên dung dịch hấp thụ, sau đó tuần hoàn trở lại bể chứa dung dịch hấp thụ Dòng khí sạch tiếp tục đi lên qua màng tách nước và hút vào ống khói nhờ quạt hút ly tâm
Dòng khí sau khi xử lý được thải ra miệng ống khói đạt chất lượng theo QCVN 61- MT:2016/BTNMT
Khí thải từ lò đốt
Quạt ly tâm Ống khói
Nguồn tiếp nhận đạt QCVN 61-MT:2016/BTNMT
Bể chứa nước nóng Đường khí thải Đường bụi Đường nước
Chú thích Đường hóa chất
Bể chứa dd hấp thụ Bể chứa dd sau hấp thụ
Thu gom bụi chở đi xử lý dd NaOH
Hoàn nguyên dd hấp thụ
Bể chứa nước giải nhiệt
Hoàn nguyên nước giải nhiệt
Hình 10 Sơ đồ công nghệ của phương án 2.
Thuyết minh quy trình công nghệ phương án 2:
Khí thải từ buồng đốt thứ cấp được dẫn vào công trình đầu tiên của hệ thống xử lý là thiết bị giải nhiệt để hạ nhiệt độ của khí thải xuống mức cho phép trước khi đi vào thiết bị phía sau Dòng nước nóng sau quá trình giải nhiệt được dẫn qua hệ thống giải nhiệt nước để tuần hoàn tái sử dụng cho đầu vào của thiết bị ống chùm.
Khí thải sau khi qua thiết bị giải nhiệt thì sẽ tiếp tục được dẫn vào buồng lắng bụi, tại đây tro, bụi được loại bỏ theo cơ chế lắng trọng lực Phần tro bụi tách khỏi dòng khí được thu gom vào thùng chứa và chở đi xử lý định kỳ Phần khí sau khi tách bụi sẽ thu vào ống dẫn truyền sang tháp hấp thụ.
Tại tháp hấp thụ rỗng, khí thải đi từ dưới lên tiếp xúc với dòng dung dịch NaOH được phun từ trên xuống với tác dụng trung hòa khí SO2 Dòng dung dịch sau hấp thụ chứa muối tan chảy xuống đáy và dẫn vào hệ thống xử lý nước thải nhằm mục đích hoàn nguyên dung dịch hấp thụ và tuần hoàn trở lại bể chứa dung dịch hấp thụ Dòng khí sạch tiếp tục đi lên qua màng tách nước và hút vào ống khói nhờ quạt hút ly tâm
Dòng khí sau khi xử lý được thải ra miệng ống khói đạt chất lượng theo QCVN 61-MT:2016/BTNMT
3.2.3 So sánh 2 phương án xử lý
Bảng 7 So sánh 2 phương án
Công trình Phương án 1 Phương án 2 Ưu điểm
- Không có phần chuyển động giúp tăng độ bền của thiết bị
- Có thể làm việc ở nhiệt độ cao (đến
- Có khả năng thu hồi vật liệu mài mòn mà không cần bảo vệ bề mặt cyclon
- Thu hồi bụi ở dạng khô
- Trở lực cố định và không lớn (250 – 1500N/m 2 )
- Làm việc tốt ở áp suất cao
- Chế tạo đơn giản, rẻ;
- Hiệu quả không phụ thuộc vào sự thay đổi nồng độ bụi
- Có bề mặt tiếp xúc pha lớn, hiệu suất cao
- Trở lực trong tháp không lớn lắm
- Giới hạn làm việc tương đối rộng.
- Có thể thu gom các hạt bui có kích thước lớn hơn 10 àm
- Thiết bị đơn giản, dễ chế tạo
- Chi phí vận hành và bảo trì thấp
- Thường được sử dụng để làm sạch sơ bộ
- Cấu tạo đơn giản và giá thành thấp
- Những tháp hấp thụ rỗng có trở lực thủy tĩnh không lớn nên có thể làm sạch khí có nhiều bụi Nếu có những vòi phun cấu tạo đặc biệt có thể dùng tác nhân hấp thụ lỏng phun tạo dạng lơ lửng.
- Hiệu quả xử lý kém khi bụi có kích
- Buồng có kích thước lớn, thiết thước < 5μm m
- Không thể thu hồi bụi kết dính.
- Khó làm ướt đều đệm
- Nếu tháp quá cao thì chất lỏng không phân bố đều
- Kém ổn định do sự phân bố các pha theo tiết diện tháp không đều bị cồng kềnh
- Vận tốc dòng khí nhỏ 1-2m/s
- Xử lý hiệu quả với các hạt > 50àm Khụng xử lý được bụi cú kích thước nhỏ
- Hiệu quả xử lý thường chỉ đạt δ 0 =3√ 1,98.10 π 1500 2,24 8,02 −5 ( 0,5−0,3)=2,04 10 −5 m ,4μmm Ứng với các hạt bụi ≥ 20,4 μmm thì sẽ được cyclone xử lý sạch bụi với hiệu suất 100%
Tổn thất áp suất trong cyclone:
Hiệu suất thu hồi bụi: η (δ) =1−e αδ 2
Bảng 8 Hiệu quả lọc theo cỡ hạt η (δ) của cyclone Đường kính hạt bụi (m) 10.10
Bảng 9 Hiệu quả lọc theo khối lượng của hệ thống Đường kính cỡ hạt δ , μmm < 10 10-20 20-40 >40 Tổng
Lượng bụi trong 1m 3 khí thải, mg/m 3 820 820 1640 820 4100
Hiệu quả lọc theo cỡ hạt H% lấy trung bình theo cỡ hạt 26,65 61,625 100 100 -
Lượng bụi còn lại sau khi qua cyclone, mg/ m 3 601,5 314,7 0 0 916,2
Hiệu suất làm sạch của cyclone: ηA00−916,2
Khối lượng bụi thu trong 1 ngày:
Khối lượng riêng của khí thải ở 55 o C: ρ k =1,293 273
Lượng hệ khí vào cyclone:
Trong đó: ρ k : khối lượng riêng của khí thải, kg/m 3
Qv: lưu lượng khí vào cyclone, m 3 /h
Nồng độ bụi trong hệ khí đi vào cyclone (% khối lượng): y v =C v ρ k A00.10 −6
Nồng độ bụi trong hệ khí ra khỏi cyclone: y r =y v (1−η)=0,381(1−0,7765)=0,085
Lượng hệ khí ra khỏi cyclone:
Lượng khí sạch hoàn toàn:
Lưu lượng hệ khí đi ra cyclone:
Năng suất cyclone theo lượng khí sạch hoàn toàn:
Khối lượng bụi thu được ở cyclone trong 1 ngày (làm việc 16 giờ/ngày đêm): m = 81,7.16 = 1307,2 kg/ngày
Thể tích bụi thu được ở cyclone trong 1 ngày:
Bảng 10 Tổng hợp thông số thiết kế cyclone
Thông số Giá trị Đơn vị
Số lượng thiết bị N 4 Thiết bị
Chiều cao ống tâm có mặt bích h 1 2,11 m
Chiều cao phần hình trụ h 2 2,11 m
Chiều cao phần hình nón h 3 1,75 m
Chiều cao phần bên ngoài ống tâm h 4 0,4 m
Chiều cao chung H 4,26 m Đường kính ngoài của ống ra d 1 0,6 m Đường kính trong của cửa tháo bụi d 2 0,35 m
Chiều dài ống cửa vào l 0,6 m
Khoảng cách từ tận cùng cyclone đến MB h s 0,3 m
Góc nghiêng giữa nắp và ống vào 24 o
Thiết kế 2 tháp hấp thụ:
Lưu lượng khí vào mỗi tháp:
- Nồng độ SO2 đầu vào: 400 mg/m 3
- Nhiệt độ khí vào tháp: 55 o C
- Áp suất: Pt = 1 atm = 750 mmHg = 1,0133.10 5 Pa
- Nồng độ đầu ra: C SO 2= 250 mg/m 3
- Nhiệt độ của dung dịch NaOH: 25 o C
- Chọn điều kiện làm việc của tháp là nhiệt độ trung bình của dòng khí vào và dòng lỏng vào, t o = 40 o C Hỗn hợp khí xử lý xem như gồm SO2 và không khí
Thông số tính toán đầu vào:
Sản lượng mol của hỗn hợp khí đi vào tháp:
P: áp suất làm việc (atm)
V: thể tích của hỗn hợp khí thải (m 3 )
G1: số các hạt trong khối khí (kmol/h)
T: nhiệt độ khí vào tháp ( o K)
Sản lượng mol của SO 2 :
C SO đ 2 : nồng đồ khí SO2 ban đầu, mg/m 3
V: thể tích của hỗn hợp khí thải, V = 12825 m 3 /h
M SO 2 : khối lượng mol của SO2, kg/kmol
Sản lượng mol của cấu tử trơ:
Nồng độ phần mol của SO 2 trong hỗn hợp khí:
476,84=1,68 10 −4 (mol SO 2 /hỗn hợp khí)
1−1,68.10 −4 =1,68.10 −4 (mol SO 2 /mol khí trơ)
Khối lượng riêng của pha khí ở 0 o C và 1atm:
Trong đó: ρ SO 2 : khối lượng riêng của SO2 ở 0 o C và áp suất 0,101.10 6 Pa, kg/m 3 ([20]) ρ kk : khối lượng riêng của không khí ở 0 o C và áp suất 0,101.10 6 Pa, kg/m 3 ([20])
Khối lượng riêng của pha khí ở 55 o C và 1atm: ρ hh đ =ρ hhđ P
Thông số tính toán đầu ra:
Hiệu suất quá trình hấp thụ: η@0−100
Suất lượng mol của SO 2 được hấp thụ:
Trong đó: η là hiệu suất của quá trình hấp thụ (%)
Suất lượng mol của SO 2 còn lại trong hỗn hợp khí đầu ra:
Suất lượng mol của khí ở đầu ra:
Nồng độ phần mol của SO 2 trong hỗn hợp khí đầu ra: y c A =G A c
476,78=4,2 10 −5 mol SO 2 /mol hỗn hợpkhí
1−4,2 10 −5 =4,2 10 −5 mol SO 2 /mol khí trơ
Khối lượng riêng của pha khí ở 0 o C và 1atm:
Khối lượng riêng của pha khí ở 40 o C và 1atm (ta xem như nhiệt độ dòng khí ra bằng với nhiệt độ dòng khí làm việc là 40 o C): ρ hh c =ρ hhc P
4.3.2 Xác định phương trình cân bằng
Xác định đường cân bằng thôn qua các dữ liệu về độ hòa tan của SO 2 trong nước
Bảng 11 Độ hòa tan của SO 2 trong nước ở 40 o C và 1 atm ([20]) mgSO 2 /100mgH 2 O P SO ¿ 2 (mmHg) mgSO 2 /100mgH 2 O P SO ¿ 2 (mmHg)
Tính toán cho cặp giá trị P SO 2 ¿ = 60 mmHg và C CO 2 = 0,5 gSO 2 /100gH 2 O
Nồng độ phần mol SO 2 trong pha khí: y ¿ =P ¿ SO 2
Nồng độ phần mol SO 2 trong pha lỏng: x ¿ = Số mol SO 2 trong dung dịch
Số mol SO 2 trong dung dịch+Số mol H 2 O 0,5 64 0,5
Bảng 12 Nồng độ phần mol SO 2 trong pha khí và pha lỏng mgSO 2 /100mgH 2 O P SO ¿ 2 (mmHg) y* x*
- Đường cân bằng của quá trình hấp thụ SO2 tuân theo định luật Henry nên phương trình cân bằng có dạng: y* = H.x Trong đó: y*: nồng độ phần mol SO2 trong pha khí tại trạng thái cân bằng
H: hệ số Henry x: nồng độ phần mol SO2 trong pha lỏng tại trạng thái cân bằng
Hình 11 Biểu đồ thể hiện đường cân bằng.
Nồng độ phần mol SO2 trong pha lỏng
Nồng độ phần mol SO2 trong pha khí
Bảng 13 Kết quả tính toán hệ số Henry
Ta có: y đ A = 1,68.10 -4 (mol SO2/mol hỗn hợp khí) y c A = 4,2 10 −5 (mol SO2/mol hỗn hợp khí)
Do nồng độ phần mol của SO2 trong pha khí thay đổi trong khoảng rất nhỏ nên ta chọn hệ số Henry H = 56,39
Vậy, phương trình cân bằng là y* = 56,39x
Bảng 14 Kết quả tính toán tỷ số phần mol y.10 -3 Y.10 -3 x.10 -3 X.10 -3 y* x* H
Từ bảng số liệu ta thấy giá trị của cặp y-x xấp xỉ giá trị Y-X nên xem như phương trình đường cân bằng biểu diễn theo Y-X có dạng như sau:
GVHD: PGS.TS.Tôn Thất Lãng
Nồng độ SO2 trong pha lỏng (10-3)
Nồng độ SO2 trong pha khí (10-3)
4.3.3 Xác định phương trình đường làm việc
- Xmax là giao điểm của đường Y đ A = 1,68.10 -4 với đường cân bằng Y = 56,39X
Xmax = 2,98.10 -6 mol SO2/mol dung dịch
Với Xđ = 0 và Yđ – Yc = (L/G).(Xc – Xđ)
Xác định tỉ lệ (L tr /G tr ) min :
2,98.10 −6 −0 B,28kmol dd/kmol khí trơ
Sản lượng mol tối thiểu:
Sản lượng mol thực tế:
Lưu lượng nước thực tế cần cung cấp:
Ta có L/Gtr = (Yđ – Yc)/(Xc – Xd)
L c =L đ +M35,96+0,0636,02kg/s Đường làm việc đi qua 2 điểm (Xc,Yđ) và (Xđ, Yc)
Vẽ đường cân bằng và đường làm việc trên cùng đồ thị:
4.3.4 Tính toán kích thước tháp hấp thụ a) Tính đường kính tháp hấp thụ
Hấp thụ SO2 bằng dung dịch NaOH 10% khối lượng
Nhiệt độ làm việc của tháp hấp thụ là 40 o C
Bảng 15 Khối lượng riêng của dung dịch NaOH 10% (kg/m 3 ) theo nhiệt độ (áp suất khí quyển) [21]
Bảng 16 Độ nhớt động lực của dung dịch NaOH 10% (C n ) theo nhiệt độ ([21])
Hình 13 Biểu đồ đường cân bằng-đường làm việc.
0 o C 10 o C 20 o C 30 o C 40 o C 50 o C Đường kính tháp hấp thụ:
Trong đó: v – Vận tốc biểu kiến của dòng khí ứng với tổng tiết diện của tháp, m/s;
Q – Lưu lượng của dòng khí đi qua tháp hấp thụ, m 3 /s
Vận tốc biếu kiến của pha khí ứng với điểm lụt theo phương trình: log( g V v f 2 σ ρ t k
Trong đó: σ: Bề mặt riêng của đệm, m 2 /m 3 ;
Vt: Thể tích tự do của đệm, m 3 /m 3 ; ρ k , ρ L : Khối lượng riêng của pha khí và pha lỏng, kg/m 3 ; μm L : Độ nhớt động lực của pha lỏng ở nhiệt độ làm việc, kg/m.s; μm l : Độ nhớt động lực của nước ở 20 o C, mPa.s;
L,G: Suất lượng dòng lỏng và dòng khí, kg/s;
C: Hệ số phụ thuộc dạng quá trình, đối với quá trình hấp thụ (C = 0,022 cho vật liệu đệm là vòng hay xoắn); v: Vận tốc làm việc của pha khí v = (0,75 ÷ 0,9).vf
- Chọn vật liệu đệm là vòng sứ Raschig xếp ngẫu nhiên, ta lựa chọn được các thông số:
Thể tích tự do: Vt = 0,79, m 3 /m 3 ;
Khối lượng riêng của đệm: pđ = 500, kg/m 3
Khối lượng riêng của pha khí: ρ k tb =ρ hh đ +ρ hh c
Khối lượng riêng của pha lỏng với nhiệt độ làm việc ở tháp là 40 o C nên theo bảng trên ta có pL = 1100 kg/m 3
Nồng độ phần mol trung bình: y tb =y đ +y c
2 =6,3 10 −5 mol SO 2 /mol hh khí
Khối lượng mol của hỗn hợp khí:
M hh =y tb M SO 2 +(1− y tb ) M kk =6,3 10 −5 64+(1−6,3 10 −5 ).29)g/mol Độ nhớt của SO 2 ở nhiệt độ làm việc: μm SO
T+C (273 T ) 1,5 ,7.10 −6 273+273+40+396396 ( 273273+ 40 ) 1,5 =1,35.10 −5 Pa s Độ nhớt của không khí ở nhiệt độ làm việc: μm kk 40 =μm 0 273+C
T+C (273 T ) 1,5 ,3 10 −6 273+27340++396396 ( 273+40273 ) 1,5 =2 10 −5 Pa s Độ nhớt của pha khí:
M hh μm hh =y tb M SO 2 μm SO 2 +(1− y tb ) M kk μm kk =6,3.10 −5 64
1450207,32=2 10 −5 Pa s Độ nhớt của pha lỏng theo bảng trên ta có μm L =1,16mPa s
Sản lượng của dòng lỏng ở đầu ra:
Khối lượng phân tử pha lỏng:
Suất lượng của pha lỏng:
Tính vận tốc biểu kiến của phá khí v ứng với điểm lụt: log( 9,81.0,79 v f 2 95 1,102 3 1100 (1,005 101,16 10 −3 −3 ) 0,16 )=0,022−1,75.( 151,183,84 ) 0,25 ( 1,1021100 ) 0,125
Vân tốc khí đi trong tháp: v=0,75÷0,9v f Chọn v = 0,85vf = 0,85.0,86 = 0,731 m/s Đường kính tháp hấp thụ:
=> Chọn đường kính tháp là D = 2,5 m
Tính lại vận tốc: v= G tb
Tính chiều cao tháp hấp thụ:
- Xác định số đơn vị truyền khối tổng quát pha khí NOG
+ Vì đường cân bằng là đường thẳng nên ta tính NOG theo cách sau: Động lực của quá trình tại đáy tháp hấp thụ:
∆ Y đ =Y đ −Y đ ¿ =1,68 10 −4 −56,39X=1,68 10 −4 −56,39.1,987.10 −6 =5,6 10 −5 Động lực của quá trình tại đỉnh tháp hấp thụ:
=4,2.10 −5 −56,39X=4,2.10 −5 −56,39.0=4,2 10 −5 Động lực trung bình của quá trình:
Số đơn vị truyền khối tổng quát N OG :
Xác định chiều cao tổng quát của đơn vị truyền khối H OG :
Trong đó: m – Hệ số góc của đường cân bằng; hy – Chiều cao một đơn vị truyền khối theo pha khí; hx - Chiều cao một đơn vị truyền khối theo pha lỏng;
Vt – Thể tích tự do của đệm, m 3 /m 3 σ – Bề mặt riêng của đệm, m 2 /m 3 ; ψ – Hệ số thấm ướt của đệm b – Hệ số phụ thuộc dạng đệm, Đối với vòng Raschig thì b = 0,123;
Rek – Chuẩn số Reynolds (Trang 178/ [19])
Hệ số khuếch tán của SO 2 trong pha khí ở 0 o C, 1atm:
Hệ số khuếch tán của SO 2 trong pha khí ở 40 o C, 1atm:
Mật độ tưới làm việc:
Mật độ tưới làm việc với B là hệ số phụ thuộc quá trình, với quá trình hấp thụ B = 0,158:
Chiều cao một đơn vị truyền khối theo pha khí h y : h y = 0,79 95.1.0,123.164,72 0,25 1,436 0,67 =0,31m
Chiều cao một đơn vị truyền khối theo pha lỏng h x : h x %6.( μm ρ x x ) 2/3 ℜ 0,25 x Pr 0,5 x
Hệ số khuếch tán của SO 2 trong pha lỏng ở 20 o C:
DL – Hệ số khuếch tán;
VA, VB – Thể tích phân tử của dung chất và dung môi, cm 3 /mol;
MA, MB – Khối lượng phân tử của chất tan và dung môi, kg/kmol; μm L – Độ nhớt động lực của dd NaOH 10% ở 20 o C, mPa.s ( μm L = 1,86.Cp)
A, B – Các hệ số phụ thuộc trên tính chất của chất tan và dung môi (Chất tan là khí SO2 nên A = 1, dung môi là dung dịch NaOH nên B = 1); (Trang 14/ [21])
Hệ số khuếch tán của SO 2 trong pha lỏng ở 40 o C:
Với b được tính theo công thức: b=0,2.μm L(20) 0,5 ρ −1/ L(20) 3 =0,2 1,86 0,5 1109 −1 /3 =0,026
Chiều cao một đơn vị truyền khối theo pha lỏng h x : h x %6.( 1,16.101100 −3 ) 2/3 11,185 0,25 20,28 0,5 =0,22 m
Chiều cao tổng quát của đơn vị truyền khối H OG :
Chiều cao của lớp đệm:
H = NOG.HOG = 2,6.0,625 = 1,625 m Chọn chiều cao lớp đệm H = 1,7 m
Chiều cao tháp hấp thụ
Bảng 17 Chiều cao phần tách lỏng H C và đãy H đ ([20])
Với đường kính D = 2,5 m thì ta có chiều cao phần tách lỏng HC và đáy Hđ lần lượt là 1 m và 2,5 m.
=> Chiều cao tháp hấp thụ HT = H + Hc + Hđ = 1,7 + 1 + 2,5 = 5,2 m
Tổn thất áp suất của đệm khô:
2 Với λ ' : hệ số trở lực của đệm, bao gồm cả trở lực do ma sát và trở lực cục bộ
Với vòng đệm đổ lộn xộn ở chế độ xoáy khi Re k > 40 ta có (Trang 189/ [19]): λ ' = 16
Tổn thất áp suất của đệm ướt:
Trong đó, tra bảng IX7, trang 189 – Sổ tay Quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất – Tập 1- NXB Khoa học và Kỹ thuật, ta có:
Vậy trở lực của tháp đệm là ∆ P t =Max( ∆ P k ;∆ P u )7,05 N / m 2
Bảng 18 Tóm tắt thông số thiết kế tháp hấp thụ
Thông số Giá trị Đơn vị
Số lượng tháp hấp thụ N 2 tháp Đường kính tháp hấp thụ D 2,5 m
Chiều cao tháp hấp thụ H 5,2 m
Chiều cao phần tách lỏng H C 1 m
CÁC CÔNG TRÌNH PHỤ TRỢ
Quạt hút đặt sau tháp hấp thụ
Công suất của quạt hút:
Hiệu suất tổng cộng của quạt hút η=η 1 η 2 η 3 =0,96.0,96 0,93=0,857
Trong đó: η 1 : hiệu suất lý thuyết của quạt η 2 = (0,95 – 0,97): hiệu suất của ổ đỡ η 3 = (0,9 – 0,95): hiệu suất đối với hệ truyền bằng đai
∆ p cyclone : tổn thất áp lực khí khi đi qua cyclone (N/m 2 )
∆ p t : tổn thất áp lực khí khi đi qua tháp hấp thụ (N/m 2 )
∆ p t ¿ : tổn thất trên toàn bộ hệ thống đường ống dẫn (N/m 2 ), giả sử tổn thất áp lực trên đường ống không đáng kể
Công suất yêu cầu của quạt hút:
Công suất thực tế của quạt:
Bảng 19 Hệ số dự trữ k ([22])
Q: lưu lượng thể tích của pha lỏng, Q= L ρ = 151,18.2 1106,75 = 0,273 m 3 / s
H: áp suất toàn phần của bơm
H0: chiều cao hình học đưa chất lỏng lên, H0 = 5,2 m
∆ H: tổn thất cục bộ và tổn thất dọc đường của bơm Áp suất toàn phần (bỏ qua trở lực trên đường ống):
Hiệu suất tổng cộng của bơm: η=η 0 η tl η ck =0,95.0,83 0,93=0,733
Bảng 20 Hiệu suất của một số loại bơm (Bảng II.32/439/ [17])
Công suất yêu cầu của bơm:
Công suất làm việc của bơm:
Bảng 21 Hệ số an toàn công suất ([23])
TÍNH CƠ KHÍ
4.5.1 Tính đường ống dẫn Đường ống dẫn khí vào tháp giải nhiệt, vào cyclone:
Chọn vận tốc khí vào cyclone v = 20 m/s
Chọn Dx = 0,7 m = 700 mm Đường ống dẫn khí vào và ra tháp hấp thụ:
Vận tốc khí trong ống khoảng 10 – 30 m/s, ta chọn vận tốc dòng khí vào bằng vận tốc dòng khí ra v1 = v2 = 20 m/s
Khối lượng phân tử pha khí đầu vào:
>50 1,1 Đường kính ống dẫn khí vào tháp hấp thụ:
Chọn đường kính ống dẫn khí vào: D1 = 0,5 m = 500mm
Khối lượng phân tử pha khí đầu ra:
1,128 257,64m 3 /h=3,4m 3 /s Đường kính ổng dẫn khí ra tháp hấp thụ:
Chọn đường kính ống dẫn khí ra: D2 = 500 mm Đường ống dẫn lỏng vào tháp hấp thụ:
Chọn vận tốc trong ống dẫn lỏng vào v3 = 4,5 m/s
Khối lượng riêng của NaOH 10% ở 25 o C: ρ09+25−20
Q v = 151,18 1106,75=0,137m 3 /s Đường kính ống dẫn lỏng vào:
Chọn đường kính ống dẫn: D3 = 200 mm Đường ống dẫn khí ra tháp hấp thụ:
Chọn vận tốc trong ống dẫn lỏng ra v4 = 2 m/s
1100 =0,137m 3 /s Đường kính ống dẫn lỏng ra:
Chọn đường kính ống dẫn: D4 = 300 mm
Ta chọn thép X18H10T, vật liệu có ứng suất cho phép tiêu chuẩn như sau ([19]): Ứng suất kéo tiêu chuẩn: σ k = 550.10 6 N/m 2 Ứng suất chảy tiêu chuẩn: σ c = 220.10 6 N/m 2
Thân thiết bị được gia công bằng phương pháp hàn
Hệ số an toàn bền kéo: nk = 2,6
Hệ số an toàn bền chảy: nc = 1,5
Hệ số bền mối hàn: φ h = 0,95 thép Ứng suất cho phép tiêu chuẩn:
η"0.10 6 1,5 16,7.10 6 N/m 2 Lấy giá trị nhỏ hơn, [ σ k ] = 146,7.10 6 N/m 2 để tính toán tiếp Áp suất tính toán: Plàm việc = 1at = 1,0133.10 5 N/m 2
P = Plàm việc + Pthủy tĩnh = Plàm việc + .g.H = 1,0133.10 5 + 1100.9,81.8,2 = 1,9.10 5 N/m 2
Dt: đường kính trong của tháp (Dt = 1,2m)
C1: hệ số bổ sung do ăn mòn (Đối với vật liệu bền có tốc độ ăn mòn 0,05-0,1 mm/năm, ta chọn C1 = 1mm tính theo thời gian làm việc từ 15 – 20 năm).
C2: hệ số bổ sung do hao mòn (C2 = 0)
C3: hệ số bổ sung do dung sai của chiều dày (Bảng XIII.9/364/ [19]) C3 = 0,8 mm
4.5.3 Tính nắp và đáy tháp:
Chọn nắp và đáy thiết bị dạng elip tiêu chuẩn, có gờ (Bảng XIII.11/384/ [19])
Bề mặt trong F = 8,87 m 2 hb = 700 mm (Bảng XIII.10/382/ [19])
2.0,7+C=1,91.10 −3 +C Lấy C giống bề dày thân:
Khối lượng nắp elip (Bảng XIII.11/384/ [19]): M = 730 kg Đối với thép không gỉ thì khối lượng nắp elip: M = 1,01.730 = 737,3 kg
Khối lượng nắp và đáy elip:
Tính bích nối đáy tháp với thân, chọn bích liền bằng thép để nối thiết bị (Bảng XIII.27/417/ [19]):
Đường kính trong: Dt = 2500 mm
Đường kính ngoài: Dn = 2500 + 2.8 = 2516 mm
Đường kính ngoài của bích: D = 2660 mm
Đường kính tâm bulong: Dbl = 2610 mm
Đường kính mép vát: Dl = 2570 mm
Mặt bích nối ống dẫn và thiết bị: Ống dẫn lỏng vào (Bảng XIII.26/415/ [19]): D3 = 300 mm Chọn loại bích liền bằng kim loại đen để nối
Thông số chọn: Đường kính ngoài Dn = 219 mm Đường kính ngoài của bích: D = 290 mm Đường kính tâm bulong: Dbl = 255 mm Đường kính mép vát: Dl = 232 mm Đường kính bulong: db = M16
2 ) h ρ= π 4 ( 0,29 2 − 0,219 2 ).0,016 7,9.10 3 =3,6kg Ống dẫn lỏng ra (Bảng XIII.26/415/ [19]): D4 = 300 mm Chọn loại bích liền bằng kim loại đen để nối
Thông số chọn: Đường kính ngoài Dn = 325 mm Đường kính ngoài của bích: D = 435 mm Đường kính tâm bulong: Dbl = 395 mm Đường kính mép vát: Dl = 365 mm Đường kính bulong: db = M20
2 ) h ρ= π 4 ( 0,435 2 − 0,325 2 ).0,022 7,9.10 3 ,41kg Ống dẫn khí vào và ra (Bảng XIII.27/418/ [19]): D1 = D2 = 500 Chọn loại bích liền bằng thép để nối
Thông số chọn: Đường kính ngoài Dn = 530 mm Đường kính ngoài của bích: D = 630 mm Đường kính tâm bulong: Dbl = 580 mm Đường kính mép vát: Dl = 550 mm Đường kính bulong: db = M20
Tổng khối lượng bích: mb = 2m1 + 2m2 + 2m3 + 4m4 = 473,24 kg Đĩa phân phối (Bảng IX.22/230/ [19])
Đường kính của tháp: Dt = 2500 mm
Đường kính đĩa: Dđ = 1600 mm
Chọn đĩa phân phối loại 2 làm bằng thép không gỉ X18H10T
Số lượng ống dẫn chất lỏng = 60 cái
Lưới đỡ đệm (Bảng IX.22/230/ [19]):
Từ đường kính trong Dt = 2500 mm, đường kính lưới Dl = 2460 mm
Chiều rộng của bước b = 40 (đệm 50 x 50)
Tính tai treo và đỡ đệm:
Khối lượng dung dịch thấm qua đệm: m ddđ =[ ( π D 4 2 h đ ) − ( π D 4 2 h đ V t ) ] ρ l = [ ( π 2,5 4 2 4 ) − ( π 2,5 4 2 4 0,79 ) ] 1100= 4535,67 kg
Khối lượng của toàn tháp hấp thụ: m = M1 + M2 + mb + mđ + mddđ = 16828,71 kg
Tải trọng của toàn tháp hấp thụ:
Chọn tháp có 4 chân đỡ làm bằng thép CT3
Tải trọng đặt lên một chân đỡ:
Chọn tải trọng cho phép trên một chân đỡ là G = 8.10 4 N/m 2
Tra bảng trong sổ tay tập 2 ta được:
Chọn tháp có 4 tai treo, vật liệu làm tai treo là thép CT3
Tải trọng đặt lên một tai treo:
Chọn tải trọng cho phép trên một tai treo là G = 8.10 4 N/m 2
TÍNH CHIỀU CAO ỐNG KHÓI
Chọn đường kính ống khói: D = 0,75 m
Vận tốc khí trong ống khói: v= 4.Q π D 2 = 4.25650 π 3600.0,75 2 ,2(m/s)
Chiều cao ống khói (CT 3.82/104/ [19]): Đối với nguồn nóng, nồng độ cực đại trên mặt đất
A: hệ số kể đến độ ổn định của khí quyển Đối với phần lớn các địa phương của Việt Nam, A = 200 ÷ 240 Chọn A = 220
Cmax: Nồng độ tiêu chuẩn thải SO2: Cmax = 0,25 (g/m 3 )
M: lượng chất thải thoát ra ống khói trong 1 giây:
M = Cmax.Q = 0,25.25650 = 6412,5 g/h = 1,78 g/s F: hệ số kể đến loại chất khuếch tán Đối với khí, F = 1
T: hiệu số giữa nhiệt độ khí thải và nhiệt độ khí quyển:
T = 40 – 30 = 10 o C (Coi khí quyển có T = 30 o C) m, n: các hệ số không thứ nguyên kể đến điều kiện thoát ra của khí thải ở miệng ống khói: Chọn chiều cao ống khói là H = 20 m (QCVN 61-MT:2016/BTNMT) m=(0,67+0,1 f 0,34 3 f −1
Thay giá trị m,n vào biểu thức tính chiều cao ống khói:
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Bởi vì DO là nhiên liệu được sử dụng cho quá trình đốt rác thải sinh hoạt nên thành phần khí phát sinh chủ yếu bao gồm: SO2 và SO3, CO, tro bụi, hơi dầu, NOx và khí mà chúng ta cần lưu ý nhất đó là SO2 vì hàm lượng lưu huỳnh có trong dầu DO khá đáng kể, điều đó dẫn đến lượng SO2 được sinh ra trong quá trình đốt cháy dầu là rất đáng quan tâm Kết quả tính toán cho thấy nồng độ các thành phần có trong khí thải đầu vào hệ thống xử lý như sau: t o = 150 o C, TSP = 4,1 g/m 3 , SO2 = 0,4 g/m 3 , NOx = 0,307 g/m 3 , Q 25650 m 3 /h Theo kết quả có thể thấy được NOx không vượt quy chuẩn, còn lại thì TSP và
SO2 vượt quy chuẩn lần lượt 41 lần và 1,6 lần.
Công nghệ xử lý khí thải đề xuất phù hợp với đặc điểm tính chất của nguồn khí thải Nồng độ các chất ô nhiễm sau quy trình xử lí đều đạt QCVN 61-MT:2016/BTNMT
Công nghệ áp dụng các quy trình xử lý để tuần hoàn tái sử dụng nước giải nhiệt và dung dịch hấp thụ (NaOH) giúp tiết kiệm lượng nước sử dụng, chi phí mua hóa chất hấp thụ và đồng thời giảm lượng nước thải ra ngoài môi trường.
Tại đầu ra đường ống dẫn khí thải đầu vào hệ thống xử lý cần có 1 van xả tắt (by- pass) để xả khí thải trực tiếp ra ống khói mà không qua hệ thống xử lý khí thải khi có sự cố đối với hệ thống xử lý khí thải Van xả tắt phải có cần điều khiển bằng tay hoặc tự động ở độ cao vừa với người đứng, bảo đảm thao tác thuận lợi, kịp thời khi có sự cố mà không phải trèo lên lò đốt CTRSH.
Cần phải lắp thiết bị đo, hiển thị nhiệt độ dòng khí thải ngay sau bộ phận giải nhiệt vì công suất của lò đốt lớn hơn 500kg/h Nhầm kiểm soát nhiệt độ làm việc cho các công trình phía sau.