Trang 1 KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUN ĐỒ ÁN MƠN HỌC: KĨ THUẬT XỬ LÝ KHÍ THẢI ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ KHÍ THẢI SO2 TỪ LÒ HƠI SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU DẦU FO BẰNG THIẾT BỊ THÁP THÁP ĐỆM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN ĐỒ ÁN MÔN HỌC: KĨ THUẬT XỬ LÝ KHÍ THẢI ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ KHÍ THẢI SO2 TỪ LÒ HƠI ( SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU DẦU FO ) BẰNG THIẾT BỊ THÁP ( THÁP ĐỆM ) HẤP THỤ CÔNG SUẤT 950 m3/h GVHD: ThS PHAN XUÂN THẠNH No MSSV Họ và Tên 1 1752461 LƯU THỊ XUÂN QUỲNH 2 1752493 LÊ QUAN THÁI TP HỒ CHÍ MINH, THÁNG 6 NĂM 2022 Luu Thi Xuan Quynh – Le Quan Thai ThS Phan Xuan Thanh LỜI NÓI ĐẦU Sau khi hoàn thành “Đồ án môn học Xử lý Khí Thải”, chúng em có thể hiểu rõ hơn về khóa học Với đề tài thực tế “Thiết kế hệ thống xử lý khí thải 𝑆𝑂2 từ lò hơi (sử dụng nhiên liệu dầu FO) bằng thiết bị tháp (tháp đệm) hấp thụ công suất 950 𝑚3/ℎ”, chúng em có thể biết vận dụng những kiến thức về phân tích, tính toán, thiết kế đã học để giải quyết các bài toán thực tế Hơn nữa, bằng cách tính toán và thiết kế các thiết bị như cyclone, tháp hấp thụ,… chúng em có cái nhìn sâu hơn về nguyên lý hoạt động, các sự cố có thể xảy ra và các phương án thay thế Để thực hiện được đồ án này, chúng em xin trân trọng cảm ơn ThS Phan Xuân Thạnh vì đã tư vấn, hỗ trợ, chỉ bảo nhiệt tình và tận tình Đây là lần đầu tiên chúng em thực hiện đồ án kỹ thuật kiểm soát ô nhiễm không khí nên không thể tránh khỏi những sai sót và khó khăn, nhưng người hướng dẫn của chúng em đã dành thời gian sửa chữa, cung cấp thêm thông tin chi tiết, phản hồi và khuyến khích chúng em hàng tuần để giúp chúng em hoàn thành dự án này đúng hạn Từ nay, nhờ ThS Phan Xuân Thạnh, chúng em biết làm một dự án đúng cách và chúng em sẽ cải thiện nhiều hơn nữa để dự án này và các dự án sắp tới tốt hơn 2 Luu Thi Xuan Quynh – Le Quan Thai ThS Phan Xuan Thanh ĐỒ ÁN MÔN HỌC: KĨ THUẬT XỬ LÝ KHÍ THẢI 1 Yêu cầu: Thiết kế hệ thống xử lý khí thải 𝑆𝑂2 từ lò hơi (sử dụng nhiên liệu dầu FO) bằng thiết bị tháp (tháp đệm) hấp thụ công suất 950 𝑚3/ℎ 2 Thông số nguồn khí thải từ lò hơi: - Lưu lượng khí: 950 𝑚3/ℎ - Nồng độ 𝑆𝑂2: 6000 𝑚𝑔/𝑚3 - Nhiệt độ khí thải: 250℃ - Nồng độ bụi: 300 𝑚𝑔/𝑚3 - Áp suất: 1 atm 3 Nội dung: - Thuyết minh sơ đồ công nghệ - Thiết kế cyclone, tháp hấp thụ với các thiết bị phụ trợ 4 Bản vẽ: - Sơ đồ công nghệ: 01 tờ (A1) - Bản vẽ chi tiết cyclone: 01 tờ (A1) - Bản vẽ chi tiết tháp hấp thụ: 01 tờ (A1) 10 – 06 – 2022 GVHD Phan Xuân Thạnh 3 Luu Thi Xuan Quynh – Le Quan Thai MỤC LỤC ThS Phan Xuan Thanh LỜI NÓI ĐẦU 2 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 6 1 Khái quát: .6 1.1 Giới thiệu lò hơi: 6 1.2 Khói thải từ lò hơi: 6 1.3 Tính chất hoá lý của 𝑺𝑶𝟐 7 1.4 Tác hại của 𝑺𝑶𝟐 9 2 Các công nghệ xử lý trong xử lý 𝑺𝑶𝟐 12 2.1 Xử lý SO2 bằng cách sử dụng nước làm chất hấp thụ 12 2.2 Xử lý SO2 bằng cách sử dụng sữa vôi làm chất hấp thụ 12 2.3 Xử lý SO2 bằng cách sử dụng amoniac làm chất hấp thụ 12 2.4 Xử lý SO2 bằng than hoạt tính 13 3 Các công nghệ xử lý trong việc xử lý các vấn đề dạng hạt 13 3.1 Lọc vải 13 3.2 Cyclone 16 3.3 Kết tủa tĩnh điện (ESP) 17 CHƯƠNG 2: CÔNG NGHỆ KIỂM SOÁT Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ 18 1 Quy trình công nghệ: 18 2 Thuyết minh: .20 CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN 21 1 Tính toán thiết bị Cyclone: 21 1.1 Dữ liệu 21 1.2 Kích thước Cyclone: 21 1.3 Đường kính của lốc xoáy hạt có thể đạt được 50% hiệu quả loại bỏ: 22 1.4 Đối với Cyclone Tiêu chuẩn, chúng ta vận dụng công thức Lapple’s: 22 2 Tính toán tháp hấp thụ: .23 2.1 Dữ liệu đầu vào: 24 2.2 Dữ liệu đầu ra: 24 2.3 Cân bằng khối lượng: 25 2.4 Tính toán hấp thụ: 30 2.5 Vật liệu đệm 32 2.6 Đường kính tháp hấp thụ: 33 2.7 Chiều cao tháp hấp thụ: 34 2.8 Tính trở lực áp: 36 3 Tính các công trình phụ trợ .36 3.1 Đường ống: 36 3.2 Bơm 37 3.3 Quạt 38 3.4 Ống khói 38 4 Luu Thi Xuan Quynh – Le Quan Thai ThS Phan Xuan Thanh 4 Tính cơ khí 39 4.1 Thân tháp 39 4.2 Mặt bích 40 4.3 Lưới đỡ đệm 42 4.4 Đĩa phân phối 42 4.5 Nắp và đáy tháp 42 TÀI LIỆU THAM KHẢO 43 5 Luu Thi Xuan Quynh – Le Quan Thai ThS Phan Xuan Thanh CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1 Khái quát: 1.1 Giới thiệu lò hơi: Lò hơi là một thiết bị phổ biến để tạo ra nhiệt trong một số hoạt động công nghiệp, chẳng hạn như quá trình sấy khô, thanh trùng và khử trùng, hoặc thậm chí hoạt động như một yếu tố xúc tác cho một số phản ứng hóa học,… Có thể thấy rằng lò hơi là một phần quan trọng của thời đại của hiện đại hóa và công nghiệp hóa Nguồn cung cấp nhiệt cho lò hơi có thể đạt được từ nhiều nguồn khác nhau Các lò hơi công suất nhỏ thường chạy bằng điện, ngược lại một số lò hiện đại sử dụng nhiên liệu khi đánh lửa bằng gas (gas-LPG) kèm theo hệ thống điều hòa tự động Những loại nồi hơi này thường không có vấn đề gì với bụi hoặc các hạt Tuy nhiên, các loại lò hơi phổ biến của thủ công mỹ nghệ ở Thành phố Hồ Chí Minh đều có củi, than hoặc dầu FO làm nguồn nhiệt Các hậu phẩm thải ra khí quyển sau khi đốt các vật liệu này là thủ phạm gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng 1.2 Khói thải từ lò hơi: Các đặc tính của khói thải của lò hơi có thể khác nhau, tùy theo loại nguồn nhiệt được sử dụng 𝑆𝑂2 được sinh ra chủ yếu trong quá trình đốt than đá hoặc dầu đốt (FO) - Đặc điểm của khói thải lò hơi sử dụng than làm nguồn nhiệt: + Khí thải ra chủ yếu mang theo bụi, CO2, CO, 𝑆𝑂2, 𝑆𝑂3, 𝑁𝑂𝑥,… do thành phần hóa học trong than kết hợp với oxy trong quá trình đốt cháy + Hàm lượng lưu huỳnh trong than khoảng 0,5% nên 𝑆𝑂2 có thể tồn tại trong khói thải với nồng độ khoảng 1333 mg / m3 - Đặc điểm của khói thải lò hơi sử dụng nhiên liệu dầu (FO) làm nguồn nhiệt: + Khói thải từ lò hơi sử dụng FO chủ yếu chứa CO2, CO, SO2, SO3, NOx, hơi nước,… + Do đó, có thể có một lượng tro và các hạt lẫn với dầu chưa cháy hết (ta gọi là muội than hoặc muội khói) 6 Luu Thi Xuan Quynh – Le Quan Thai ThS Phan Xuan Thanh Bảng 1 Nồng độ các chất ô nhiễm trong khí thải lò hơi F.O Chất ô nhiễm Nồng độ (mg/m3) SO2 và SO3 5217 - 7000 CO 50 Tro 280 Hơi dầu 0.4 NOx 428 (Từ Sổ tay hướng dẫn xử lý ô nhiễm môi trường trong sản xuất thủ công mỹ nghệ - Xử lý ô nhiễm không khí bằng lò hơi - Sở Khoa học Công nghệ và Môi trường TP HCM.) Bảng 2 Các chất ô nhiễm trong khí thải lò hơi Loại lò hơi Chất ô nhiễm Lò hơi đốt củi Khói + tro + CO + CO2 Lò hơi than Khói+ tro + CO + CO2 + SO2 + SO3 + NOx Lò hơi F.O Khói + tro + CO + CO2 + SO2 + SO3 + NOx (Từ Sổ tay hướng dẫn xử lý ô nhiễm môi trường trong sản xuất thủ công mỹ nghệ - Xử lý ô nhiễm không khí bằng lò hơi - Sở Khoa học Công nghệ và Môi trường TP HCM.) 1.3 Tính chất hoá lý của 𝑺𝑶𝟐 Bảng 3 Tính chất vật lý và hóa học của Sulfur Dioxide 7 Luu Thi Xuan Quynh – Le Quan Thai ThS Phan Xuan Thanh Đặc tính Sulfur Dioxide Nguồn gốc Khối lượng phân tử Màu sắc 64.06 Lide 1993 Trạng thái vật lí Điểm nóng chảy Không màu Lide 1993 Điểm sôi Mật độ Khí hoặc chất lỏng Lide 1993 Mùi -72.7oC Lide 1993 Ngưỡng mùi: không khí -10oC Lide 1993 Độ hoà tan Nước ở 0oC 2.927 (g/l) trạng thái khí Nước ở 20oC Lide 1993 Nước ở 90oC 1.434 (g/l) trạng thái lỏng Dung môi hữu cơ Mùi nồng nặc, ngột ngạt Lide 1993 Áp suất hơi Giới hạn khả năng cháy Thấp: 1.175 mg/m3 HSDB 1998 Hệ số chuyển đổi Cao: 12.5 mg/m3 Quá ngưỡng: 5 mg/m3 22.8 g/100 cc 11.3 g/100 cc HSDB 1998 0.58 g/100 cc Acetic acid, alcohol, chloroform, ether, sulfuric acid 3000 mmHg at 20oC HSDB 1998 Không bắt lửa HSDB 1998 2.62 mg/m3 = 1 ppm IARC 1992 8 Luu Thi Xuan Quynh – Le Quan Thai ThS Phan Xuan Thanh 1.4 Tác hại của 𝑺𝑶𝟐 Khí SO2 không màu, không cháy, có vị hắc Do quá trình quang hóa hoặc do xúc tác, khí SO2 có thể dễ dàng bị oxi hóa và biến thành SO3 trong khí quyển Khí có hại, không chỉ đối với sức khỏe con người mà còn đối với động vật, thực vật và ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường - Ảnh hưởng của SO2 đối với sức khỏe con người: SO2 là một chất kích thích, ở nồng độ nhất định có thể gây co giật ở các cơ trơn của khí quản Nồng độ cao hơn sẽ gây tăng tiết dịch nhầy của khí quản Khi tiếp xúc với mắt, chúng có thể tạo thành axit Bảng 4 Liều lượng độc hại của SO2 Giới hạn tiếp xúc (ppm) Ảnh hưởng 1 – 5 Ngưỡng đáp ứng hô hấp ở những người khỏe mạnh khi tập thể dục hoặc hít thở sâu 3 – 5 Khí dễ nhận thấy Suy giảm chức năng phổi khi nghỉ ngơi và tăng sức cản đường thở 5 Tăng sức cản đường thở ở những người khỏe mạnh 6 Kích ứng mắt, mũi và cổ họng ngay lập tức 10 Kích ứng mắt, mũi và cổ họng tồi tệ hơn 10 – 15 Ngưỡng độc tính khi phơi nhiễm kéo dài 20+ Tê liệt hoặc tử vong xảy ra sau khi phơi nhiễm kéo dài 9 Luu Thi Xuan Quynh – Le Quan Thai ThS Phan Xuan Thanh 150 Chịu đựng trong vài phút SO2 có thể xâm nhập vào cơ thể con người qua các cơ quan hô hấp hoặc tiêu hóa sau khi được hòa tan trong nước bọt Cuối cùng, chúng có thể xâm nhập vào hệ thống tuần hoàn Khi tiếp xúc với bụi, SO2 có thể tạo ra các hạt axit nhỏ có thể xâm nhập vào mạch máu nếu kích thước của chúng nhỏ hơn 2-3 um SO2 có thể xâm nhập vào cơ thể qua da và gây ra các biến đổi hóa học Kết quả là lượng kiềm trong máu giảm, amoniac được thải ra ngoài qua nước tiểu Vào máu, SO2 tham gia vào nhiều phản ứng hóa học, làm rối loạn chuyển hóa đường và protein, gây thiếu vitamin B, C, ức chế men oxidase, tạo methemoglobin để chuyển Fe2 + (hòa tan) thành Fe3 + (kết tủa), gây tắc mạch của mạch máu - Tác dụng của SO2 đối với thực vật: Bảng 5 Nồng độ chất độc Nồng độ (ppm) Ảnh hưởng 0.03 Ảnh hưởng đến sinh trưởng của rau và quả 0.15 - 0.3 Độc tính mãn tính 1 - 2 Tổn thương lá có thể xảy ra sau vài giờ tiếp xúc - Ảnh hưởng của SO2 đối với môi trường: SO2 bị oxy hóa trong không khí và phản ứng với nước mưa tạo thành axit sunfuric hoặc muối sunfat, gây ra mưa axit, ảnh hưởng xấu đến môi trường Quá trình hình thành mưa axit: - Phản ứng hóa học giữa hợp chất lưu huỳnh và hydroxyl: 10