(Tiểu luận) đồ án kỹ thuật xử lý khí thải

TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG HÀ NỘI KHOA MƠI TRƯỜNG ĐỒ ÁN Kỹ thuật xử lý khí thải Họ tên sinh viên: Nguyễn Huy Hiệu Mã sinh viên: 1911071000 Lớp: DH9M1 Giáo viên hướng dẫn: Mai Quang Tuấn Hà Nội, ngày 20 tháng năm 2022 MỤC LỤC I Đặt vấn đề II Nội dung Tổng quan ngành sản xuất xi măng 1.1 Tổng quan ngành công nghiệp sản xuất xi măng 1.2 Công nghệ sản xuất nhà máy 1.3 Đặc trưng thành phần khí thải 1.4 Ảnh hưởng đến môi trường sức khỏe người Biểu đồ phát tán khí thải 2.1 Tính tốn nồng độ chất nhiễm 2.2 Biểu đồ phát tán Đề xuất công nghệ xử lý 3.1 So sánh với QCVN 3.2 Sơ đồ công nghệ xử lý 4.1 Lựa chọn thiết bị xử lý bụi 10 Tính tốn buồng lắng bụi 11 4.2 Tính tốn thiết bị cyclon 16 4.3 Tính tốn thiết bị lọc túi vải 22 4.4 Tháp hấp phụ 26 III Kết luận 32 IV Tài liệu tham khảo 33 Đề bài: Thiết kế hệ thống xử lý khí thải bụi cho nhà máy xi măng với lưu lượng khí thải 360000 m3/h Ống khói có chiều cao 100m, đường kính miệng ống khói 1m Biết nhiệt độ khí thải 100oC, nhiệt độ mơi trường 27 oC Vận tốc gió độ cao quan trắc 2m/s Nồng độ CO miệng ống khói 12600 mg/m3 Trọng lượng riêng bụi: 3500 kg/m3 Hệ số vùng: loại Phân bố nồng độ bụi khí thải bảng dưới: Kích 0-10 10-20 20-30 30-40 40-50 17 11 12 12 10 50-60 60 thước hạt bụi % Khối lượng 18 20 I Ơ Đặt vấn đề nhiễm khơng khí – dạng nhiễm mơi trường, vấn đề xức Trong năm vừa qua, với nỗ lực lớn cấp quyền, đầu tư với kinh phí định doanh nghiệp, bước đầu giảm thiểu mức độ ô nhiễm gây cho môi trường khơng khí Tuy nhiên, mức độ giảm thiểu chưa đáp ứng “làm mơi trường khơng khí” hoạt động có liên quan đến phát triển kinh tế xã hội Có nhiều loại hình cơng nghệ xử lý khí thải áp dụng sở sản xuất với quy mô khác góp phần khơng nhỏ vào việc giảm thiểu mức độ ô nhiễm Do nhiều nguyên nhân khác nhau, ví dụ: lựa chọn công nghệ xử lý chưa hợp lý chưa hiểu cặn kẽ nguồn ô nhiễm chất ô nhiễm dẫn đến việc thiết kế; gia công lắp đặt chưa đáp ứng yêu cầu thực tế cần xử lý; đặc biệt công tác vận hành; bảo hành bảo trì hệ thống xử lý thường bị doanh nghiệp xem nhẹ, đối phó…, dẫn đến hiệu xử lý nhiều hạn chế; chất lượng khí thải sau xử lý thường vượt Tiêu chuẩn kỹ thuật Quốc gia (TCVN), Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia (QCVN) nhều lần Việc phát triển bền vững không mục tiêu nước ta mà mục tiêu để phát triển nhiều nước giới Chính thế, việc xử lý khí thải, đặc biệt xử lý bụi xi măng từ nhà máy sản xuất xi măng khắp toàn quốc vấn đề cần thiết cần phải lưu tâm đến song song với phát triển để phục vụ cho ngành xây dựng góp thêm phần giúp cho đất nước ngày giàu đẹp II Nội dung Tổng quan ngành sản xuất xi măng 1.1 Tổng quan ngành công nghiệp sản xuất xi măng Cùng với ngành công nghiệp than, dệt, đường sắt, ngành sản xuất xi măng nước ta hình thành từ sớm Bắt đầu việc khởi công xây dựng nhà máy xi măng Hải Phịng vào ngày 25/12/1889, nơi ngành xi măng Việt Nam Trải qua kỉ xây dựng phát triển, đội ngũ người sản xuất xi măng ngày lớn mạnh Với lực lượng cán bộ, công nhân gầng 50.000 người, ngành sản xuất xi măng Việt Nam đạt thành tựu to lớn, đóng góp quan trọng vào nghiệp phát triển kinh tế xã hội đất nước Ngành xi măng trở thành ngành kinh tế then chốt, góp phần vào công xây dựng sở hạ tầng, thúc đẩy cơng nghiệp hóa, đại hóa đất nước Tuy nhiên, loại hình sản xuất đặc thù, sản xuất xi măng gây hậu nghiêm trọng ô nhiễm môi trường, đặc biệt ô nhiễm mơi trường khơng khí Nhiều nhà máy phải đối mặt với nhiều khó khăn vấn đề sử dụng tái sử dụng nguồn lượng, việc tận dụng phế thải làm nguyên liệu đầu vào chưa trọng, cơng tác xử lý chất thải, khí thải cịn mang tính hình thức, đối phó gây phản ứng liệt người dân địa phương 1.2 Công nghệ sản xuất nhà máy Công nghệ sản xuất xi măng nhà máy chia thành giai đoạn: Giai đoạn 1: Tách chiết nguyên liệu thô: Xi măng có sử dụng ngun liệu thơ gồm: canxi, sắt, silic, nhơm thành phần đất sét, đá vôi cát Nguyên liệu thô tách từ núi đá vơi, sau thơng qua băng truyền vận chuyển tới nhà máy Ngồi cịn nhiều nguyên liệu thô khác tham gia vào trình sản xuất xi măng như: đá phiến, vảy thép cán, tro bay bơ xít với lượng nhỏ Trước vận chuyển tới nhà máy khối đá lớn nghiền nhỏ có kích thước tương đương với kích thước viên sỏi Giai đoạn 2: Phân chia tỷ lệ, trộn nghiền: Các nguyên liệu thơ từ quặng chuyển đến phịng thí nghiệm nhà máy, phịng thí nghiệm phân tích để chia tỷ lệ xác đá vơi đất sét trước bắt đầu nghiền Thông thường chia theo tỷ lệ 80% đá vôi 20% đất sét Sau nhà máy tiến hành nghiền hỗn hợp với trợ giúp lăn quay bàn xoay Bàn xoay quay liên tục lăn lăn tiếp xúc trực tiếp với hỗn hợp thành bột mịn Hỗn hợp nguyên liệu thô lại dự trữ đường ống sau nghiền hỗn hợp thành bột mịn Giai đoạn 3: Trước nung: Những nguyên liệu nghiền hoàn chỉnh đưa vào buồng trước nung Buồng chứa chuỗi buồng xoay trục đứng, ngun liệu thơ đẩy qua vào lị nung Buồng trước nung vận dụng nhiệt tỏa từ lò, giúp tiết kiệm lượng làm cho nhà máy thân thiện với môi trường Giai đoạn 4: Giai đoạn lò: Nhiệt độ lò lên tới 1450 oC xảy phản ứng hóa học khử Cacbon thải khí CO2 Chuỗi phản ứng hóa học Ca SiO2 tạo CaSiO3 thành phần xi măng Lị nhận nhiệt từ bên ngồi nhờ khí tự nhiên than đá Khi nguyên liệu rơi xuống phần thấp lị nung hình thành nên sỉ khơ Giai đoạn 5: Làm mát nghiền thành phẩm: Sau khỏi lò, sỉ làm mát nhờ vào khí cưỡng bức, sỉ tạo lượng nhiệt hấp thụ từ từ giảm nhiệt, lượng nhiệt sỉ tỏa thu quay trở lại vào lò, giúp tiết kiệm lượng Các viên bi sắt giúp nghiền bột mịn thành xi măng Giai đoạn 6: Đóng bao vận chuyển: Sau nghiền thành bột, xi măng đóng bao với trọng lượng từ 20 – 40kg/1 bao Chúng phân phối tới cửa hàng tới tay người tiêu dùng 1.3 Đặc trưng thành phần khí thải Khí thải nhà máy xi măng gồm hai thành phần bụi chất gây ô nhiễm Chúng phát sinh quy trình sản xuất từ khai thác nguyên liệu đến đóng gói thành phẩm Ngồi cịn có phát thải từ giao thông vận tải nhiên liệu sử dụng CO2 sinh trình sản xuất Clinker, thành phần xi măng Cụ thể, đá vôi (CaCO3) nung nóng lị quay nhiệt độ 1.000oC CO2 sản phẩm phụ trình nung Lượng CO khí thải nửa từ trình nung, nửa cịn lại từ nhiên liệu hóa thạch sử dụng để làm nóng lị nung Các chất gây nhiễm khơng khí bao gồm SOx NOx phát sinh từ lị nung q trình sấy khô SO tạo từ hợp chất lưu huỳnh quặng nhiên liệu đốt cháy Q trình đốt cháy nhiên liệu lị quay, nung xi măng tạo NOx từ Nito nhiên liệu khơng khí Các hợp chất hữu dễ bay (VOC) phát sinh từ xăng, dung môi lưu trữ hóa chất cơng nghiệp khác Đốt cháy khơng hồn tồn nhiên liệu có chất hữu nguồn thải VOC vào không khí Bụi phát sinh có nguồn gốc từ q trình khai thác, vận chuyển nguyên liệu, đập nghiền, sàng nguyên liệu, nung nguyên liệu nhiệt độ cao, đóng gói vận chuyển thành phẩm Các hạt bụi có kích thước khác lan truyền khơng khí, phát tán xa 1.4 Ảnh hưởng đến môi trường sức khỏe người Tại công trường, công ty xi măng, tình trạng nhiễm khơng khí bụi xi măng chuyện thường xuyên xảy Một số tác hại bụi mịn xi măng mơi trường sức khỏe người kể tới như: Kích thước bụi xi măng nhỏ, lơ lửng khơng khí, dễ dàng theo gió phát tán theo không gian liền kề gây nên tình trạng nhiễm bụi xi măng Nếu người hít phải bụi xi măng, bụi đất, bụi than gây bệnh đường hơ hấp, nguy hiểm đến sức khỏe Nếu hàm lượng SiO2 từ tro >2% ngày tăng khả gây bệnh Silicon phổi – bệnh nghề nghiệp nguy hiểm phổ biến công nghiệp sản xuất xi măng Bụi xi măng theo gió phát tán lắng xuống mặt nước, mặt đất làm suy thoái đất trồng, nhiễm nguồn nước Do đó, bụi xi măng ảnh hưởng lớn đến loài sinh vật Cùng với bụi xi măng, khí thải động lị đốt cơng nghiệp cần dùng nhiên liệu than, củi, xăng… gây nhiều vấn đề cho môi trường tự nhiên Biểu đồ phát tán khí thải 2.1 Tính tốn nồng độ chất nhiễm ho : chiều cao ống khói, ho = 100m D : đường kính miệng ống khói, D = 1m Tiết diện ống khói: F = = 0,8m2 F = = = 125 m/s tk : nhiệt độ khí thải, tk = 100oC tmt : nhiệt độ môi trường, tmt = 27oC u : vận tốc gió độ cao quan trắc, u = m/s L : lưu lượng khí thải, L = 360000 m3/h = 100 m3/s C : nồng độ CO miệng ống khói, C = 12600 mg/m3 = 12,6 g/ m3 M = L x C = 100 x 12,6 = 1260 g/s Khí cấp D, độ ghồ ghề mặt đất 0.1 Vận tốc ban đầu luồng khói: = = 125 m/s Áp dụng cơng thức Davison W.F, ta có: = = 390,7 m ∆T : chênh lệch nhiệt độ khói nhiệt độ khí xung quanh Tkhói : nhiệt độ tuyệt đối khói, Tkhói = tk + 273 = 100 + 273 = 373 K Chiều cao hiệu ống khói: H = h0 + ∆h = 100 + 390,7 = 490,7 m Giả sử điểm x = 150m độ ổn định D Lượng phát thải CO2 nguồn điểm liên tục: Đổi 360000 m3/h = 100 m3/s M = C x L = 12,6 x 100 = 1260 g/s = 0,35 g/h Nồng độ CO2 cực đại: (CT 3.13) [2] Trong đó: M: Lượng phát thải chất ô nhiễm nguồn điểm liên tục, g/h H: Chiều cao hiệu nguồn thải dạng ống khói, m p q: ứng với mức độ rối trung bình khí nhận p=0,05 q=0,08 u: vận tốc gió độ cao ống khói, m/s mg/m3 Khoảng cách từ nguồn thải đến vị trí Chọn vị trí cách nguồn thải 500m: mg/m3 Chọn vị trí cách nguồn thải 1000m: mg/m3 Chọn vị trí cách nguồn thải 1500m: mg/m3 Chọn vị trí cách nguồn thải 2000m: mg/m3 Chọn vị trí cách nguồn thải 2500m: mg/m3 Chọn vị trí cách nguồn thải 3000m: mg/m3 Chọn vị trí cách nguồn thải 3500m: mg/m3 Chọn vị trí cách nguồn thải 4000m: mg/m3 Chọn vị trí cách nguồn thải 4500m: mg/m3 Chọn vị trí 10 cách nguồn thải 5000m: mg/m3 Chọn vị trí 11 cách nguồn thải 5500m: mg/m3 2.2 Biểu đồ phát tán Đồồ th dị ọc theo h ướng gió cho t ừng nguồồn Nồồng độ CO (mg/m3) 0 0 0 0 1000 2000 3000 X (m) 4000 5000 6000 ρb trọng lượng riêng bụi (kg/m3) L lưu lượng khí thải (m3/s) Vì hàm lượng bụi có kích thước nhỏ sau qua buồng lắng chiếm tới 41,5 % nên ta thiết kế Cyclon giống mắc song song để giảm lưu lượng vào Cyclon, hiệu lọc bụi chung hệ thống tương đối cao mà tổn thất áp suất nhỏ Tính cho Cyclon Tính tốn xiclon theo phương pháp chọn, dựa vào đường kính thân Cyclon theo Stairmand C.J (Hình 7.8a – trang 97) [2] Đường kính thân hình trụ (đường kính xiclon): D (m) Bán kính thân hình trụ : r2 = 0,5D Bán kính ống trung tâm : r1= 0,5d1 = 0,25D Chiều dài miệng ống dẫn khí vào : a = 0,5D Chiều rộng miệng ống dẫn khí vào : b = 0,2D Chiều cao thân hình trụ : h = 1,5D Chiều cao thiết bị xiclon : H = 1,5D Xác định đường kính Cyclon Đường kính Cyclon: = = 4.12(m) => Chọn D = 4m Bán kính thân hình trụ : r2 = 0,5D = Bán kính ống trung tâm : r1= 0,5d1 = 0,25D = Chiều dài miệng ống dẫn khí vào : a = 0,5D = Chiều rộng miệng ống dẫn khí vào : b = 0,2D = 0,8 Chiều cao thân hình trụ : h = 1,5D = Chiều cao thiết bị xiclon: : H = 1,5D =