Bụi trong khói thải lò hơi đốt than đá là tập hợp cáchạt rắn có kích thước khác nhau, dao động từ vài micromet tới vài trăm micromet. Tác hại : Trang 9 Bụi làm giảm độ trong suốt của k
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN BỘ MÔN KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG ĐỒ ÁN MÔN HỌC TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ KHÍ SO2 NỒNG ĐỘ 4000 mg/m3 TỪ LÒ HƠI BẰNG THÁP MÂM XUYÊN LỖ HẤP THU VÀ THIẾT BỊ CYCLONE CÔNG SUẤT 5.000 m3/h GVHD: PGS TS Nguyễn Hữu Hiếu SVTH MSSV Nguyễn An Tân 1813937 Lê Tiểu Phụng 1813601 Tp Hồ Chí Minh, 07/2021 MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH 3 DANH MỤC BẢNG BIỂU 4 DANH MỤC ĐỒ THỊ .5 CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU 6 1 Đặt vấn đề 6 2 Nhiệm vụ đồ án 7 CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN 8 2.1 Tác hại của khí thải lò hơi đốt than đá 8 2.1.1 Sơ lược về lò hơi đốt than 8 2.1.2 Bụi lò hơi đốt than 8 2.1.3 Tính chất vật lý của SO2 9 2.1.4 Tính chất hóa học của khí SO2 9 2.1.5 Tác hại của khí SO2 9 2.2 Tổng quan các phương pháp xử lý bụi 10 2.3 Cơ sở lý thuyết các phương pháp xử lý khí SO2 17 2.4 Lựa chọn thiết bị xử lý 21 2.4.1 Thiết bị bề mặt và chảy màng 21 2.4.2 Thiết bị đệm 22 2.4.3 Thiết bị sủi bọt 22 2.4.4 Thiết bị phun 23 2.5 Một số công nghệ xử lý khí SO2 23 2.5.1 Hấp thụ khí SO2 bằng nước 25 2.5.2 Xử lý khí SO2 sử dụng tác nhân vôi .27 2.5.3 Xử lý khí SO2 bằng ammoniac .31 2.5.4 Xử lý khí SO2 bằng magnesium oxide (MgO) .33 2.5.5 Xử lý khí SO2 bằng kẽm oxide (ZnO) 33 2.5.6 Xử lý khí SO2 bằng các chất hấp thụ hữu cơ 34 CHƯƠNG 3 LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ 35 3.1 Các thông số 35 3.2 Lựa chọn công nghệ xử lý 36 3.2.1 Sơ đồ quy trình công nghệ 36 3.2.2 Thuyết minh quy trình công nghệ 36 CHƯƠNG 4 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ 37 4.1 Tính toán thiết kế cyclone .37 4.1.1 Số liệu đầu vào 37 4.1.2 Tính toán kích thước cyclone 37 4.2 Tính toán thiết kế tháp mâm xuyên lỗ 45 4.2.1 Xác định đường kính tháp 41 4.2.2 Xác định chiều cao tháp 49 4.2.3 Tính toán bơm - quạt 51 4.2.4 Tính toán các thiết bị cơ khí 53 Tài liệu tham khảo 59 2 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1 Sơ đồ khái quát buồng lắng bụi 11 Hình 2 Các loại buồn lắng bụi khác nhau 11 Hình 3 Sơ đồ khái quát cyclone 12 Hình 4 Thiết bị lọc khí venturi 13 Hình 5 Thiết bị rửa khí trần (Spray tower) 14 Hình 6 Thiết bị thu hồi bụi va đập quán tính 15 Hình 7 Bộ lọc bụi có bọt 17 Hình 8 Sơ đồ hệ thống xử lý khí SO2 bằng nước 27 Hình 9 Sơ đồ hệ thống xử lý khí SO2 bằng nước kết hợp với oxy hóa bằng chất xúc tác 27 Hình 10 Sơ đồ hệ thống xử lý khí SO2 bằng sữa vôi 28 Hình 11 Sơ đồ hệ thống xử lý khi SO2 trong khói thải của nhà máy nhiệt điện Battersea (Anh) 29 Hình 12 Hệ thống xử lý khí SO2 với sản phẩm thu được là thạch cao thương phẩm 30 Hình 13 Sơ đồ hệ thốn xử lý khí SO2 bằng ammoniac 32 Hình 14 Sơ đồ quy trình công nghệ xử lý bụi và khí SO2 từ khói thải lò hơi 36 Hình 15 Mặt cắt thể hiện các tổn thất áp lực khác nhau 48 3 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1 Tổng quát các công nghệ xử lý khí SO2 bằng phương pháp ướt 24 Bảng 2 Tổng quát các công nghệ xử lý khí SO2 bằng phương pháp khô .25 Bảng 3 Cấp phối hạt của khí thải lò hơi đốt than 37 Bảng 4 Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về khí thải công nghiệp đối với bụi và các chất vô cơ (tóm lược) 37 Bảng 5 Các kích thước của thiết bị cyclone 38 Bảng 6 Kích thước tai treo thiết bị cyclone 45 Bảng 7 Tóm tắt các thông số dùng để thiết kế tháp .50 Bảng 8 Kích thước tai treo thiết bị hấp thụ 58 Bảng 9 Kích thước chân đỡ thiết bị hấp thụ 58 4 DANH MỤC ĐỒ THỊ Đồ thị 1 Biểu diễn chuẩn số Souders - Brown theo thông số lưu lượng……….46 Đồ thị 2 Mối liên hệ giữa độ dài đập và tỉ lệ Ad/Ac………………………… 48 5 CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU 1 Đặt vấn đề Lò hơi được xem như trái tim của ngành công nghiệp, vì nó có ứng dụng rất lớn trong các ngành công nghiệp và công nghiệp nặng Các ứng dụng của lò hơi có thể kể đến như: sử dụng trong ngành điện năng, ngành công nghiệp chế biến thực phẩm, dùng trong sản xuất giấy, chế biến cao su, chế biến gỗ, xây dựng cơ bản, trong ngành dịch vụ, trong giao thông vận tải (cấp liệu cho tàu biển) Trong các ngành công nghiệp kể trên, lò hơi được ứng dụng nhiều nhất vào lĩnh vực nhiệt điện Nhiệt điện sử dụng năng lượng nhiệt từ việc đốt than hoặc dầu để làm cho hơi quá nhiệt quay tuabin phát điện Nhiệt điện sử dụng than làm nguyên liệu đốt đang ngày một tăng cao Thứ nhất là do nhu cầu về điện gia tăng theo sự phát triển kinh tế, thứ hai là do nguyên liệu dầu mỏ, khí đốt ít hơn nhiều so với trữ lượng than có trên thế giới Ở Việt Nam, tổng cộng đến năm 2017 có 27 nhà máy nhiệt điện than trên cả nước, trong đó 22 nhà máy được xây dựng ở miền Bắc và Bắc Trung bộ và 5 nhà máy ở phía Nam Theo đề án quy hoạch điện VII về cơ cấu nguồn điện thì đến năm 2030, nhiệt điện than chiếm tỷ trọng lớn nhất 42,8%, thủy điện vừa và lớn 17%, nhiệt điện khí - dầu 17,3% và nguồn điện năng lượng tái tạo (điện mặt trời, điện gió, thủy điện nhỏ và điện sinh khối) 22,9% Hiệu suất đốt than antraxit trong các lò hơi của Việt Nam nhìn chung thấp hơn hiệu suất đốt than bitum trong các lò hơi của các nước khác trên thế giới Do than antraxit Việt Nam có hàm lượng chất bốc thấp, các bon cố định cao, khó bắt cháy và khó cháy kiệt, mới chỉ áp dụng đốt trong các lò hơi có thông số dưới tới hạn Hiệu suất trung bình năm 2012 của các nhà máy nhiệt điện than trong nước sử dụng công nghệ lò hơi chỉ đạt khoảng 32% Các nhà máy nhiệt điện than mới vận hành gần đây, hiệu suất trung bình đạt khoảng 35%, vẫn thấp hơn hiệu suất thiết kế của nhà máy Hơn nữa, ở các lò hơi, hàm lượng các bon chưa cháy hết trong tro bay còn cao dẫn đến hiệu suất sản xuất điện thấp, lãng phí tài nguyên than Việc lãng phí tài nguyên đó có thể gây ra một hậu quả vô cùng nghiêm trọng, đó là tình trạng phát thải khí thải và bụi đang ngày càng tăng lên Các nhà máy nhiệt điện than đã và đang góp một phần đáng kể vào quá trình phát triển của đất nước, tuy nhiên, trong quá trình hoạt động, các nhà máy này cũng đã phát sinh một lượng chất thải lớn (khí, nước và tro, xỉ thải, vật và chất nạo vét) đồng thời 6 tác động nhất định đến môi trường và chất lượng sống của cộng đồng dân cư sinh sống xung quanh Vì vậy, việc thực hiện đồ án “Tính toán thiết kế hệ thống xử lý khí SO2 nồng độ 4000mg/m3 từ lò hơi bằng mâm xuyên lỗ hấp thu và thiết bị cyclone công suất 5000m3/h” là thiết thực và mang tính ứng dụng cao Đồ án lấy QCVN 19: 2009/BTNMT làm bộ quy chuẩn để đánh giá chất lượng dòng khí sau xử lý, sử dụng 2 thiết bị là cyclone, tháp mâm xuyên lỗ cùng với thiết bị phụ trợ là bộ trao đổi nhiệt nhằm làm giảm ô nhiễm xuống mức quy chuẩn, bảo vệ sự an toàn cho môi trường sống xung quanh 2 Nhiệm vụ đồ án Đồ án môn học giải quyết các nội dung sau: Tìm hiểu về khí thải lò hơi và tác hại của nó Đề xuất quy trình công nghệ xử lý Nghiên cứu tính toán thiết kế cyclone Nghiên cứu tính toán thiết kế thiết bị hấp thu mâm xuyên lỗ Thực hiện bản vẽ thiết kế autocad 7 CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN 2.1 Tác hại của khí thải lò hơi đốt than đá 2.1.1 Sơ lược về lò hơi đốt than Lò hơi đốt than hay còn gọi là nồi hơi được hiểu là thiết bị mà người ta thường sử dụng để đốt cháy nhiên liệu Tại đây, nhiên liệu than sẽ được sử dụng để đun sôi và tạo thành hơi nước Quá trình này sẽ góp phần tạo nên nhiệt lượng, phần nhiệt lượng tỏa ra trong quá trình cháy của lò sẽ khiến nước trong lò nóng lên và làm xuất hiện quá trình bốc hơi nước Phần hơi nước bốc lên sẽ được dùng cho việc gia nhiệt, đun nấu, sấy, cô đặc, thanh trùng,.… Ứng dụng của lò hơi đốt than đá: Mỗi loại lò hơi đốt than đều có những đặc điểm, cấu tạo và nguyên lý hoạt động khác nhau Do đó, mỗi loại lò sẽ phù hợp với nhiều ngành công nghiệp khác nhau Được sử dụng nhiều nhất trong các nhà máy công nghiệp, lò hơi đốt than dùng để cung cấp và dẫn các nguồn hơi, nguồn nhiệt đến các loại máy móc cần sử dụng Lò hơi đốt than được các doanh nghiệp sử dụng khá phổ biến trong ngành thực phẩm, dệt, may, rượu bia, nước ngọt, hải sản, tương, nước mắm,… 2.1.2 Bụi lò hơi đốt than Tính chất: Bụi than cũng giống các loại bụi khác là một hệ thống gồm hai pha: pha khí và pha rắn rời rạc, chúng tồn tai trong môi trường không khí có kích thước có thể nhìn thấy được Trong các hạt bụi có chứa những chất hóa học độc hại (hay còn được gọi là bụi độc) như chì, thủy ngân Bụi trong khói thải lò hơi đốt than đá là tập hợp các hạt rắn có kích thước khác nhau, dao động từ vài micromet tới vài trăm micromet Tác hại : Bụi trong thành phần khí thải lò hơi đốt than đá cũng gây ảnh hưởng đến các hoạt động của phổi, gây nên các bệnh về đường hô hấp: viêm cuống phổi, hen suyễn, viêm cơ phổi, bệnh khí thũng; các bệnh mắt : khi bụi tiếp xúc trực tiếp với mắt sẽ kích thích màng tiếp hợp gây sung đỏ, chảy nước mắt Nếu tình trạng này kéo dài có thể gây tổn thương màng tiếp hợp gây viêm mắt, viêm giác mạc, giảm thị lực, nặng hơn có thể làm mù mắt.…… 8 Bụi làm giảm độ trong suốt của khí quyển, gây tác hại đối với các thiết bị và mối hàn điện, gây mất mỹ quan đô thị, gây nguy hiểm cho giao thông, làm giảm năng suất cây trồng,… Khí thải lò hơi đốt than: Khí thải khi dùng lò hơi đốt than chủ yếu mang theo nhiều loại khí độc hại cho sức khỏe con người và môi trường xung quanh như : CO, SOx và NOx do thành phần hoá chất có trong than kết hợp với oxy được cung cấp tạo nên 2.1.3 Tính chất vật lý của SO2 Là chất khí không màu, mùi hắc, nặng hơn không khí gấp hai lần dSO2 64 2, 2 , có thể xem SO2 là một loại khí nặng, khi phát thải không bay lên dKK 29 cao mà chìm xuống dưới đất ngay tầm hoạt động của con người ảnh hưởng đến sức khỏe Tan nhiều trong nước (ở 20ºC một thể tích nước hòa tan được 40 thể tích khí SO2) Khi tan trong nươc tao thành dung dịch axit sunfurơ, nhưng thực chât tồn tại ở dạng SO2.nH2O, chỉ một phần nhỏ là thực sự kết hợp với nước tạo thành H2SO3 SO2 bền nhiệt do trạng thái lai hóa của lưu huỳnh đã được ổn định nhờ sự xuât hiện của liên kết π không định chỗ dẫn đến lien kết S-O có bậc 1,5 bền Khí SO2 sẽ hóa lỏng (không màu) ở -10ºC, hóa rắn thành tinh thể trắng ở -75ºC 2.1.4 Tính chất hóa học của khí SO2 Lưu huỳnh dioxit là một oxit acid SO2 tan trong nước tạo thành dung dịch acid sunfuro SO2 tác dụng với dung dịch bazo tạo nên hai loại muối là muối trung hòa và muối acid Lưu huỳnh dioxit vừa là chất khử vừa là chất oxi hóa Trong hợp chất SO2 nguyên tố lưu huỳnh có số oxi hóa +4 , là số oxi hóa trung gian giữa các số oxi hóa -2 và +6 Do vậy khi tham gia các phản ứng oxi hóa khử, SO2 có thể bị khử hoặc bị oxi hóa 2.1.5 Tác hại của khí SO2 Lưu huỳnh dioxit là một trong các chất chủ yếu gây ô nhiễm môi trường được sinh ra do sự đốt cháy các nhiên liệu hóa thạch ( than, dầu, khí đốt) thoát vào bầu khí quyển và một trong những nguyên nhân chính gây nên mưa acid Mưa acid tàn 9 phá nhiều rừng cây, công trình kiến trúc bằng đá và kim loại, biến đất đai trồng trọt thành những vùng hoang mạc Khí SO2 là một loại khí dễ tan trong nước và được hấp thụ hoàn toàn rất nhanh khi hít thở ở đoạn trên của đường hô hấp Người ta quan sát thấy rằng: khi hít thở không khí có chứa SO2 với nồng độ thấp sẽ xuất hiện hiện tượng co thắt tạm thời các cơ mềm của khí quản Ở nồng độ cao hơn, SO2 gây xuất tiết nước nhầy và viêm tấy thành khí quản, làm tăng sức cản đối với sự lưu thông không khí của đường hô hấp, gây tức ngực, khó thở Khí SO2 có mùi hăng khét ngột ngạt và người nhạy cảm với SO2 nhận biết được ở nồng độ tương ứng với, còn người bình thường ít nhạy cảm với thì nhận biết mùi đặc trưng ở nồng độ 0,56 ppm tương đương với 1, 6mg / m3 Cũng có số liệu chứng tỏ rằng công nhân làm việc thường xuyên nơi có nồng độ SO2 khoảng 5 ppm hoặc hơn thì độ nhạy cảm về mùi sẽ giảm và không còn nhận biết được mùi ở nồng độ ấy nữa, cũng như không có phản ứng phòng vệ xuất tiết nước nhầy ở đường hô hấp Trên 10ppm đường hô hấp bị co thắt nghiêm trọng Đối với thực vật khí SO2 thâm nhập vào các mô của cây và kết hợp với nước tạo thành acid sunfuro H2SO3 gây tổn thương màng tế bào, làm giảm khả năng quang hợp Cây sẽ có những biểu hiện như chậm lớn, úa vàng lá rồi chết Tác hại của SO2 đối với thực vật chủ yếu gây thành đốm nâu vàng ở lá và mang tính cục bộ, chỗ tổn thương không bao giờ hồi phục, nhưng những chỗ bị không bị tổn thương vẫn hoạt động bình thường Sau khi bị tác hại bởi SO2, chồi lá vẫn mọc ra bình thường, không bị ảnh hưởng 2.2 Tổng quan các phương pháp xử lý bụi 2.2.1 Buồng lắng bụi Phương pháp lọc bụi đơn giản nhất là làm cho bụi lắng đọng dưới tác dụng của trọng lực Buồng lắng bụi có cấu tạo rất đơn giản – đó là một không gian hình hộp có tiết diện ngang lớn hơn nhiều lần so với tiết diện đường ống dẫn khí vào để cho vận tốc dòng khí xuống rất nhỏ, nhờ thế hạt bụi đủ thời gian để rơi xuống chạm đáy dưới tác dụng của trọng lực và bị giữ lại ở đó mà không bị dòng khí mang theo Buồng lắng bụi được áp dụng để lắng các hạt bụi có kích thước lớn 70 75m 10