Tính toán thiết bị xử lý bụi và khí thải

TỔNG QUAN VỀ SẢN XUẤT XI MĂNG

Khái quát tình hình sản xuất xi măng

Xi măng là vật liệu xây dựng cơ bản được sử dụng rộng rãi nhất trên thế giới, hiện chưa có sản phẩm thay thế Với vai trò là nguyên liệu đầu vào cho các ngành kinh tế lớn khác như bất động sản, đầu tư công, xây dựng, ngành xi măng được coi la ngành công nghiệp trụ cột, góp phần công nghiệp hóa thúc đẩy quá trinh đô thị hóa của một quốc gia.

Ngành xi măng gồm tất cả các doanh ngiệp, cá nhân hoạt động trong lĩnh vực sản xuất, thương mại và xuất nhập khẩu xi măng nhằm mục tiêu tiêu thụ nội địa và xuất khẩu Với mục tiêu đưa đất nước trở thành một nước công nghiệp hiện đại, VN đã coi ngành sản xuất xi măng là ngành công nghiệp trọng điểm của nền kinh tế, đáp ứng tối đa nhu cầu về xi măng và tăng cường xuất khẩu.

Hiện nay ngành công nghiệp sản xuất xi măng phát triển rất nhanh chóng Các nước phát triển có đầu tư hệ thống xử lí chất thải giúp giảm thiểu ô nhiễm không khí Lượng khí thải do ngành này thải ra chủ yếu xuất phát từ các nước đnag phát triển do chỉ quan tâm đến lợi nhauajn, không đầu tư hệ thống xử lí chất thải.

Tình hình nghiên cứu trên thế giới và Việt Nam

Ngành xi măng Thế giới đang đối diện với áp lực bão hòa về nhu cầu tiêu thụ và tình trạng dư thừa lớn về công suất sản xuất Năm

2019, sản lượng sản xuất và tiêu thụ xi măng toàn cầu đạt 4,1 tỷ tấn, trong khi tổng công suất thiết kế của các nhà máy trên thế giới lên tới 5,3 tỷ tấn/năm nên công suất huy động toàn ngành chỉ ở mức 78%

Nguồn cung xi măng đang dần bị kiểm soát và hạn chế ở nhiều quốc gia Công suất và sản lượng sản xuất xi măng Thế giới trong 10 năm gần nhất (δ)2010 - 2019) tăng trưởng lần lượt là 2,1%/năm và 2,4%/năm Sản lượng sản xuất toàn cầu bắt đầu suy giảm từ mức 4,2 tỷ tấn vào năm 2015 xuống còn 4,1 tỷ tấn trong năm 2019 Nguyên nhân chính do các nước chủ động hạn chế các nhà máy mới và cắt giảm công suất xi măng để kiểm soát tình hình dư thừa của thị trường trong nước, điển hình là các quốc gia ở khu vực châu Á như Trung Quốc, Indonesia, Việt Nam…

Trong đó, Trung Quốc là nước thực hiện cắt giảm nguồn cung xi măng lớn nhất trong giai đoạn 2010 - 2019, với tổng công suất xi măng cắt giảm lên tới 393 triệu tấn (δ)~8% công suất của Thế giới và 12% công suất của Trung Quốc năm 2010), thực hiện theo chính sách

“Bầu trời xanh” được chính phủ nước này khởi động từ năm 2014 bao gồm đóng cửa các nhà máy có quy mô nhỏ, công nghệ lạc hậu và cấm đầu tư mở rộng thêm công suất Ngoài ra, Chính phủ tại các quốc gia như Việt Nam, Indonesia và Thái Lan đã thực hiện đặt ra mức trần đối với công suất xi măng được phép đầu tư mới trong mỗi giai đoạn, đồng thời trì hoãn cấp phép đầu tư đối với các dự án xi măng mới. Nhìn chung, các quốc gia trên thế giới đang dần kiểm soát các hoạt động mở rộng công suất trong ngành và có xu hướng hạn chế dần nguồn cung xi măng trong các năm tới.

Trong giai đoạn 2020 - 2030, tốc độ chi tiêu vào xây dựng cơ sở hạ tầng của các quốc gia sẽ có sự phân hóa rõ rệt, trong đó các quốc gia từng có mức chi tiêu rất lớn vào hạ tầng như Trung Quốc sẽ giảm dần mức đầu tư trong giai đoạn 10 năm tới do hiệu quả kinh tế của các dự án hạ tầng không còn đáng kể Ngoài Trung Quốc và các nước phát triển như Mỹ và Châu Âu, các khu vực còn lại vẫn tiếp tục đầu tư một lượng vốn rất lớn vào cơ sở hạ tầng, đặc biệt Ấn Độ và Đông Nam Á dự kiến sẽ là các thị trường bùng nổ trong phân khúc này, với mục tiêu bắt kịp tốc độ phát triển công nghiệp và đón đầu thay thế thị trường Trung Quốc làm công xưởng sản xuất chính của thế giới sau cuộc chiến tranh thương mại Mỹ - Trung Đầu năm 2020, chính phủ Ấn Độ tuyên bố sẽ khởi động gói đầu tư cơ sở hạ tầng lớn nhất từ trước đến nay trị giá 1.390 tỷ USD trong 5 năm (δ)2021 - 2026), gấp 2,8 lần mức chi tiêu vào cơ sở hạ tầng trong giai đoạn trước đó b) Tại Việt Nam

Theo công bố năm 2022 của Cục Khảo sát địa chất Mỹ, công suất sản lượng xi măng của Việt Nam đạt khoảng 100 triệu tấn, đứng thứ 3 thế giới Trong đó, tổng sản lượng tiêu thụ xi măng tại thị trường trong nước trong năm 2022 đạt 62.68 triệu tấn, chiếm 63% tổng sản lượng, đi ngang so với năm 2021.

Hình 1.1 Năm quốc gia đứng đầu thế giới về sản lượng sản xuất xi măng

Hiện cả nước Việt Nam có trên 103 dây chuyền sản xuất xi măng,

63 nhà máy tổng công suất trên 107 triệu tấn/năm Con số này còn tiếp tục tăng khi nhiều dự án đang được đầu tư và dự kiến hoàn thành trong thời gian tới, nâng tổng công suất thiết kế toàn ngành lên 123 triệu tấn/năm.

Theo số liệu của Vụ Vật liệu xây dựng (δ)Bộ Xây dựng), dự kiến nhu cầu tiêu thụ xi măng toàn ngành trong năm 2023 khoảng 100-105 triệu tấn (δ)dự kiến tăng 7-10% so với năm 2022) Trong đó tiêu thụ nội địa khoảng 60-65 triệu tấn và xuất khẩu khoảng 35-40 triệu tấn.

Hiện nay, 3 thị atrường xuất khẩu xi măng chính của Việt Nam là Philippines, Mỹ và Hong Kong (δ)TrungQuốc) Còn với clinker, các thị trường xuất khẩu chính là Trung Quốc, Bangladesh, Philippines Năm

2023 - 2024 đối với các doanh nghiệp xi măng được dự báo tiếp tục đối mặt với nhiều khó khăn về thị trường sản xuất và tiêu thụ sản phẩm Do đó các doanh nghiệp này cần phải theo dõi sát diễn biến thị trường xi măng thế giới để điều chỉnh kịp thời hoạt động sản xuất,tăng giảm nguồn cung để giữ giá bán ổn định; đặc biệt phải có chiến lược dài hạn về hoạt động sản xuất kinh doanh.

QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT XI MĂNG

Nguyên liệu

Đá vôi (δ)còn được gọi là vôi đá) CaCO3 là một nguyên liệu quan trọng trong quy trình sản xuất xi măng Chúng thường được khai thác từ các mỏ đá vôi hoặc từ các tầng đất có chứa lượng đá vôi đủ lớn Đá vôi được chế biến để thu được xúc tác vôi (δ)canxi oxi), là thành phần quan trọng trong quá trình nung chảy xi măng. Đất sét (δ)còn được gọi là đất sét khoáng) SiO2 là cũng một nguyên liệu quan trọng khác trong quy trình sản xuất xi măng Nó có thể được khai thác từ các mỏ đất sét hoặc từ các tầng đất có chứa lượng đất sét đủ lớn Đất sét thường chứa các khoáng chất như silicat, nhôm silicat và sét khoáng, làm tạo nên phần lớn thành phần của xi măng.

Ngoài các nguyên liệu đất sét, đá vôi thì còn các nguyên liệu phụ gia khác trong xi măng như: Quặng sắt cung cấp các thành phần chính như sắt, silicat và nhôm silicat Thạch cao (δ)canxi sunfat) được sử dụng như một chất phụ gia để điều chỉnh thời gian đông kết và chất lượng của xi măng Cát là một chất phụ gia quan trọng để cải thiện tính kết dính và tăng độ cứng của xi măng.

Ngoài các thành phần trên, quy trình sản xuất xi măng còn sử dụng các chất phụ gia khác như chất tạo khí, phụ gia điều chỉnh độ nhớt và chất phụ gia tạo màu để điều chỉnh tính chất và hiệu suất của xi măng.[4]

Nhiên liệu

Nhiên liệu rắn: được sử dụng trong sản xuất xi măng trong đó chủ yếu là than đá (δ)than antraxit) Trong thành phần của than có chứa khoảng 60-90% chất cacbon, còn lại là các chất oxy, hydro, nitơ… có nhiệt lượng mạnh Yêu cầu chất lượng than:

 Đối với lò quay phương pháp khô, hàm lượng lưu huỳnh trong than thấp.

Nếu than không đạt được một trong các tính năng kỹ thuật trên, phải phối hợp hai hay nhiều loại than Than dùng cho lò quay phải được sấy khô và ngiền mịn, yêu cầu độ mịn < 5 % còn lại trên sàng 0,08 mm, và độ ẩm W ≤ 1 % Ngày nay, với tình hình nhiên liệu tự nhiên ngày một khan hiếm, và để giải quyết vấn đề môi trường người ta đã nghiên cứu và thử nghiệm thành công một số phế thải công nghiệp, nông nghiệp làm nhiên liệu đốt cho lò quay xi măng Một số phế thải nông nghiệp được sử dụng như: trấu, xơ dừa Một số phế thải công nghiệp như: săm, lốp ô tô, cặn dầu của quá trình lọc dầu, phế thải của công nghiệp dày da, may mặc Việc tái sử dụng các loại nhiên liệu mang ý nghĩa về môi trường nhiều hơn là ý nghĩa về kinh tế, đồng thời yêu cầu phải có những thay đổi nhất định trong hệ thống lò nung, nhất là hệ thống đốt.

Nhiên liệu lỏng: gồm các loại dầu nặng có công thức hóa học là

CxHy như dầu MFO, FO, DO, mazut có nhiệt lượng cao (δ)hơn 9000 kcal/kg) và không có tro, dễ cháy Tuy nhiên sử dụng nhiên liệu lỏng yêu cầu thiết bị đốt phức tạp hơn nhiên liệu khí Đặc trưng nhiên liệu lỏng là cháy ở trạng thái lỏng giọt, do đó cần tạo được các hạt dầu có kích thước vài micromet Để đốt được dầu trong lò nung xi măng, người ta phải sấy dầu trước bằng thiết bị trao đổi nhiệt, tạo cho dầu có nhiệt độ 100 – 110 o C sau đó phun vào lò Trong thực tế sản xuất tại Việt Nam, sử dụng dầu để nung clinker làm tăng chi phí, do đó dầu hiện nay ít được sử dụng Chủ yếu nhiên liệu khí được dùng trong giai đoạn nhóm lò hoặc đốt kết hợp với than khi cần thiết

Nhiên liệu khí: là các loại khí thiên nhiên có lượng nhiệt cao Là loại nhiên liệu tốt nhất vì dễ cháy, thiết bị đốt đơn giản, nhiệt trị cao và không có tro Tuy nhiên, nhiên liệu khí ít được dùng trong công nghệ sản xuất xi măng và thường chỉ được sử dụng khi các nhà máy được xây dựng gần mỏ khí

Quy trình sản xuất xi măng

Hình 1.2 Quy trình sản xuất xi măng

Thông thường, quy trình sản xuất xi măng gồm 6 giai đoạn cơ bản, mỗi giai đoạn đóng vai trò quan trọng trong quá trình chế tạo xi măng. Các nhà máy hoặc xí nghiệp có thể sử dụng các phương pháp sản xuất khác nhau, tuy nhiên, họ phải tuân thủ các giai đoạn (δ)còn gọi là các bước) trong quá trình sản xuất xi măng.

Giai đoạn 1: Nguyên liệu thô được tách chiết

Nguyên liệu sản xuất xi măng gồm các hợp chất oxit như canxi, sắt, silic, nhôm và các thành phần khác như đất sét, đá vôi, cát, quặng sắt và phế liệu nhôm Dùng chỉ cát và đất sét cũng đủ để cung cấp silic, sắt và nhôm cho sản xuất xi măng, nhưng hàm lượng của chúng không cao như khi sử dụng hỗn hợp các nguyên liệu khác như đất sét, đá vôi, cát, quặng sắt và phế liệu nhôm

Quy trình sản xuất xi măng bắt đầu bằng việc tách chiết nguyên liệu thô từ các núi đá vôi bằng phương pháp khoan nổ và cắt tầng Sau đó, nguyên liệu được vận chuyển đến nhà máy sản xuất thông qua băng chuyền và thiết bị vận chuyển có trọng lượng lớn Trước khi đến nhà máy, khối đá lớn này sẽ được nghiền nhỏ thành kích thước viên sỏi

Ngoài ra, quá trình này cũng sử dụng các nguyên liệu thô khác như đá phiến, vảy thép cán, tro bay và bô xít, mặc dù chúng có khối lượng nhỏ

Giai đoạn 2: Phân chia tỷ lệ, trộn đều và nghiền thành bột mịn

Sau khi nguyên liệu thô đã được tách và chiết xuất, chúng sẽ được chuyển đến phòng phân tích để phân chia tỷ lệ chính xác Kỹ thuật viên phân chia theo tỷ lệ 80% đá vôi, 20% đất sét Hỗn hợp sau đó sẽ được nghiền nát thành bột mịn bằng các máy móc và thiết bị hiện đại Giai đoạn 3: Chuẩn bị trước khi nung hỗn hợp

Hỗn hợp bột mịn từ giai đoạn trước sẽ được đưa vào chuỗi buồng xoay có trục thẳng đứng trước khi đẩy vào lò nung Các buồng xoay này hoạt động dựa trên cơ chế tận dụng nhiệt năng từ quá trình nung để tiết kiệm năng lượng và giảm tải khí thải ra môi trường

Giai đoạn 4: Giai đoạn trong lò nung

Tiếp theo trong quy trình sản xuất xi măng là hỗn hợp sẽ trải qua giai đoạn hỗn hợp trong lò nung, trong đó nhiệt độ có thể lên tới1450°C Quá trình này tạo ra các phản ứng hóa học giữa canxi và silic, tạo thành chất CaSiO3, thành phần chính của xi măng Nhiệt độ cao trong lò nung giúp làm mềm nguyên liệu để có thể nhào trộn bằng tay Than đá chính là nhiên liệu chính của lò Khi nguyên liệu rơi

Giai đoạn 5: Tiến hành làm mát và nghiền bột thành phẩm

Phần xỉ khô được làm mát bằng khí cưỡng bức, trong quá trình này, lượng nhiệt trong xỉ sẽ quay trở lại lò nung và tham gia vào quá trình sản xuất Công đoạn này giúp tiết kiệm năng lượng cho nhà máy sản xuất Sau đó, hệ thống nghiền bi sắt sẽ nghiền bột thành phẩm thành xi măng

Giai đoạn 6: Đóng bao sau đó vận chuyển đi phân phối

Công đoạn cuối cùng trong quy trình sản xuất xi măng là đóng bao, vận chuyển đi Bột xi măng được đóng gói trong bao bì phù hợp, như bao jumbo hoặc bao bì nhựa, để bảo vệ và giữ cho sản phẩm trong tình trạng tốt nhất

Sau đó, xi măng được vận chuyển đến các điểm tiêu thụ hoặc kho lưu trữ để sử dụng trong các công trình xây dựng.[4]

NGUỒN GỐC VÀ THÀNH PHẦN KHÍ THẢI TỪ SẢN XUẤT

Nguồn phát sinh khí thải

Bảng 1.1 Nguồn gốc phát sinh và thành phần gây ô nhiễm

Công đoạn Thành phần gây ô nhiễm Nguồn gốc phát sinh

Chuẩn bị nguyên, nhiên liệu

Bụi (δ)silic, than), ồn, NO2

+ Từ quá trình vận chuyển và khâu chuẩn bị nguyên, nhiêu liệu như đập, sấy nghiền, đồng nhất và vận chuyển

+ Do máy nghiền nguyên liệu trong công đoạn nghiền phối liệu phát thải

+ Ồn do tiếng các thiết bị trong công đoạn.

Nung clinker Bụi, NOx, SO2,

+ Lượng CO2 trong khí thải một nửa là từ quá trình nung,nửa còn lại từ nhiên liệu hóa thạch được sử dụng để làm nóng lò nung

+ Phát sinh từ lò nung và quá trình sấy khô SO2 được tạo ra từ các hợp chất lưu huỳnh trong quặng và nhiên liệu được đốt cháy Quá trình đốt cháy nhiên liệu trong các lò quay nung xi măng tạo ra NOx từ nitơ trong nhiên liệu và không khí.

+ Các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (δ)VOC) phát sinh từ xăng, dung môi được lưu trữ và các hóa chất công nghiệp khác. + Đốt cháy không hoàn toàn nhiên liệu có chất hữu cơ cũng là một nguồn thải VOC vào không khí

Bụi clinker và các phụ gia

+ Do các thiết bị làm nguội clink phát thải ra

Nghiền xi măng Bụi xi măng, ồn + Do máy nghiền xi măng và quá trình nghiền phát thải và gây tiếng ồn Đóng bao, lưu kho

Bụi xi măng + Trong quá trình đóng bao xi măng và vận chuyển thành phẩm.

Quy trình sản xuất xi măng gồm 6 giai đoạn chính, cả 6 giai đoạn trên đều phát thải ra bụi và khí thải gây ô nhiễm gây tác động lớn đến môi trường trong nhà máy, tới tự nhiên và con người.

Các công đoạn gây ô nhiễm trong dây chuyền sản xuất xi măng là do sự phân hủy của nguyên liệu và sự đốt cháy của các loại nhiên liệu a) Nguồn ô nhiễm không khí:

- Đây là nguồn gây ô nhiễm nặng trong nhà máy xi măng Các phương tiện vận chuyển nguyên vật liệu như ô tô, xe tải, các động cơ, cần cẩu… phát sinh một lượng lớn khí thải gây ô nhiễm như bụi, khí độc (δ)SO2, CO, NOx, hydrocacbon, Pb…)

- Nguồn phát sinh khí thải lớn nhất trong quá trình sản xuất:

 Quá trình phân hủy nguyên liệu khi nung:

- Đá vôi là nguyên liệu chính trong phối liệu với tỉ lệ khoảng 75%, còn lại là đất sét và các cấu tử điều chỉnh khác Thông thường các nhà máy xi măng ở VN đều sử dụng đá vôi có hàm lượng CaCO3 xấp xỉ

90 – 98% (δ)CaO = 50 – 55%), MgO < 3–5% Trong thành phần đá vôi nguyên liệu có chứa CaCO3, MgCO3, CaSO4…, khi nung chúng bị phân hủy và sinh khí thải:

Các phản ứng khác khi nung clinker:

2Na2SO4 + C 2Na2O + SO2 + CO2

Thành phần của khí thải

Chất ô nhiễm chủ yếu trong sản xuất xi măng chủ yếu là bụi Bụi thoát ra môi trường xung quang từ các công đoạn sau đây: t 0 t 0 t 0 t 0 t 0 t 0 t 0 t 0

Bảng 1.2 Nồng độ bụi trong khí thải ở các thiết bị khác nhau của nhà máy xi măng

Thiết bị Không khí hoặc khí, thải

Nồng độ trong khí thải, g/m 3

Bụi lơ lửng trong khí thải, % 1

Sấy nhanh máy xúc Nghiền kết hợp sấy

-Có thiết bị sấy bùn -Nung khô với thiết bị trao đổi nhiệt

Làm nguội trên ghi trong lòng lò quay nung khô

Vận chuyển và chứa kho các loại vật kiệu đá vôi, đất sét, phụ gia. Nếu thao tác với nguyên vật liệu ẩm, lượng bụi tỏa ra sẽ được giảm thiểu đáng kể.

Sấy và nung: tỏa nhiều bụi và khí CO2 có nguồn gốc từ nhiên liệu Nghiền và trữ clinker: tỏa bụi

HIỆN TRẠNG VÀ ẢNH HƯỞNG Ô NHIỄM CỦA KHÍ THẢI NGÀNH CÔNG NGHIỆP SẢN XUẤT XI MĂNG

Hiện trạng

Theo số liệu của Bộ Xây dựng, tốc độ tăng trưởng của ngành xây dựng bình quân giai đoạn 2016-2020 là 8,5%-8,7%/năm Hoạt động thi công các công trình xây dựng, giao thông hạ tầng kỹ thuật, vận chuyển nguyên vật liệu, phế thải xây dựng diễn ra ở nhiều nơi, đặc biệt là ở các đô thị lớn.

Trong lĩnh vực sản xuất vật liệu xây dựng, sản xuất xi măng là một trong những ngành có nguy cơ gây ô nhiễm cao nhất, trong đó nguồn gây ô nhiễm chủ yếu là bụi phát sinh từ quá trình nung, nghiền xi măng Lưu lượng khí thải tại các cơ sở sản xuất xi măng khác nhau tùy thuộc vào công nghệ và chế độ vận hành

Theo ước tính, trên 10 cơ sở sản xuất xi măng lớn trong cả nước có lưu lượng phát sinh khí thải khoảng 10,8 triệu m³/giờ

Theo quy định của Chính phủ, các cơ sở sản xuất clinker thuộc danh mục các loại hình sản xuất công nghiệp có nguy cơ gây ô nhiễm môi trường, cần các biện pháp kiểm soát, giám sát đặc biệt.

Ảnh hưởng

 Ảnh hưởng của cacbon oxit CO

CO là khí độc, không màu, không mùi, không vị, sinh ra do ôxy hoá không hoàn toàn carbon trong nhiên liệu hóa thạch trong điều kiện thiếu oxy CO có phản ứng rất mạnh với hồng cầu trong máu (δ)Hb) và tạo thành cacboxy hemoglobin (δ)COHb) làm hạn chế sự trao đổi và vận chuyển oxy của máu đi nuôi cơ thể Hàm lượng COHb trong máu từ 2÷5% bắt đầu có dấu hiệu ảnh hưởng của hệ thần kinh trung ương Hàm lượng COHb trong máu từ 10÷20% các chức năng hoạt động của các cơ quan khác nhau trong cơ thể bị tổn thương Nếu hàm lượng COHb tăng đến trên 60% tương ứng với nồng độ khí CO trong không khí là 1.000 ppm thì nguy hiểm đến tính mạng, thậm chí dẫn đến tử vong

 Ảnh hưởng của CO2 Ảnh hưởng đến môi trường: Khí thải CO2 là một trong những nguyên nhân chính gây biến đổi khí hậu và làm trái đất nóng lên.Theo ước tính, sản xuất xi măng chiếm khoảng 7% tổng lượng khí thải CO2 toàn cầu Khí thải CO2 từ nhà máy xi măng góp phần làm tăng nhiệt độ trái đất, dẫn đến các hiện tượng thời tiết cực đoan như bão, lũ lụt, hạn hán Ảnh hưởng đến sức khỏe: Khí thải CO2 chưa qua xử lý có thể gây hại cho sức khỏe con người, đặc biệt là các bệnh về đường hô hấp. Khí thải CO2 có thể làm giảm lượng oxy trong không khí, gây khó thở, đau đầu, chóng mặt, buồn nôn, thậm chí tử vong.

 Ảnh hưởng của nito oxit Nox

NOx là họ các oxyde nitơ bao gồm NO, NO2, N2O3, N2O4, N2O,

N2O5, trong đó, NO2 là chất đại diện nhất, được hình thành như sản phẩm cuối cùng của quá trình đốt nhiên liệu trong các động cơ đốt trong cũng như trong các lò đốt và là hợp chất dẫn đến hình thành muội khói có tính oxy hóa mạnh NO2 là chất khí màu hơi hồng, có mùi, khứu giác có thể phát hiện khi nồng độ của nó trong không khí đạt khoảng 0,12 ppm Ví dụ, nếu nồng độ NO2 trong khoảng 150 –

200 với thời gian tiếp xúc dài từ 3-5 tuần có thể gây viêm xơ cuống phổi

 Ảnh hưởng của sunfua đioxit SO2

SO2 là một chất thấm nước và gây ảnh hưởng rất lớn đến đường hô hấp Đối với con người, SO2 ở nồng độ thấp (δ)1÷5 ppm) gây co thắt tạm thời các cơ quan mềm của khí quản, ở nồng độ cao hơn gây xuất tiết nước nhầy và viêm tấy thành khí quản gây tức thở Mặt khác, SO2 làm giảm khả năng đề kháng của cơ thể và làm tăng cường độ tác hại của các chất ô nhiễm khác đối với nạn nhân.

 Đối với động vật, với lượng SO2 bằng 260-130 mg/ m3 có thể gây nguy hiểm sau khi hít thở từ 30-60 phút

 Đối với thực vật, khi nồng độ SO2 khoảng 0.03 ppm gây ảnh hưởng đến sự sinh trưởng của rau quả, 0.15-0.3 ppm gây độc kinh niên và 1-2 ppm sẽ gây chấn thương lá cây sau vài giờ tiếp xúc Ngoài ra mưa axit hình thành từ SO2 sẽ làm cản quá trình quang hợp, phá hoại các tổ chức bên trong và làm suy giảm khả năng chống bệnh và sâu hại cho cây trồng.

 Đối với môi trường SO2 bị oxi hóa thành SO3 trong không khí, khi gặp nước sẽ tạo thành axit H2SO4 gây mưa axit Tác hại của mưa axit rất nghiêm trọng và ảnh hưởng xấu đến các hệ sinh thái trên cạn, dưới nước, nguồn nước mặt dần dần bị oxi hóa Ngoài ra mưa axit còn làm hủy hoại vật liệu kim loại và các công trình xây dựng

 Kích thước của bụi xi măng rất nhỏ, lơ lửng trong không khí, dễ dàng theo gió phát tán đi theo các không gian liền kề gây nên tình trạng ô nhiễm bụi xi măng

 Bụi có thể gây tổn thương đối với con người như mắt, da hoặc hệ tiêu hóa, nhưng chủ yếu vẫn là sự xâm nhập của bụi vào phổi do hít thở.

 Nếu hàm lượng SiO2 từ tro >2% thì sẽ ngày càng tăng khả năng gây bệnh Silicon phổi – một căn bệnh nghề nghiệp rất nguy hiểm và phổ biến trong công nghiệp sản xuất xi măng.

 Bụi xi măng theo gió phát tán có thể lắng xuống mặt nước, mặt đất làm suy thoái đất trồng, ô nhiễm nguồn nước Do đó, bụi xi măng ảnh hưởng rất lớn đến các loài sinh vật.

CÁC PHƯƠNG PHÁP KIỂM SOÁT PHÁT THẢI CO 2 TRONG SẢN XUẤT XI MĂNG

TRONG SẢN XUẤT XI MĂNG

Sử dụng hệ thống lò quay công suất lớn: Công suất các lò quay hiện nay khoảng 2000 – 12000 tấn clinker/ngày Đứng về mặt nhiệt học, nếu nhiệt độ ngọn lửa như nhau, hệ số đầy như nhau thì lò quay có đường kính càng lớn sẽ có nhiệt truyền bằng bức xạ cho clinker càng cao Điều đó cũng có nghĩa là thời gian nung clinker càng rút ngắn thì lượng tiêu tốn nhiên liệu cho 1kg clinker càng giảm đi Thực tế ở nước ta đa số các lò quay đều ở mức ~ 4000 tấn/ngày nên lượng nhiệt tiêu tốn thực tế ~ 730 kcal/kg clinker, trong khi đó mức tiêu tốn nhiệt để nung clinker trên thế giới có nơi chỉ chiếm 690 kcal/kg clinker Do đó ta nên ưu tiên đầu tư vào hệ thống lò nung có công suất trên 5000 – 10000 tấn clinker/ngày Khi sử dụng lò quay đường kínhlớn thì số nhánh cyclon trao đổi nhiệt cũng được tăng lên Tùy thuộc vào năng suất và kích thước của lò quay thì số nhánh cyclon có thể là 1 nhánh, 2 nhánh hoặc 4 nhánh.

Sử dụng triệt để nhiệt dư của lò: Khói lò quay thoát ra từ đỉnh cyclon trên cùng thường trên 300 o C mang theo một lượng nhiệt rất lớn Đây là một dạng tổn thất chiếm vị trí hàng đầu trong tổng tổn thất nhiệt của hệ lò nung clinke xi măng.Thực tế tại nhiều nhà máy hiện nay lượng nhiệt thải này chỉ sử dụng một phần để phục vụ cho sấy nghiền bột liệu, phần còn lại được thải ra ngoài Chuyển nhiệt dư từ khí thải của hệ thống tháp trao đổi nhiệt và phần làm mát clinker của lò quay xi măng thành điện Hệ thống sử dụng hơi áp suất thấp 0,69 - 1,27 MPa, nhiệt độ thấp 280 - 330 o C Hệ thống phát điện tận dụng nhiệtdư có công suất phát điện dao động từ 1,5 đến 12 MW.

 Không làm ảnh hưởng tới công suất cũng như chất lượng clinker

 Không hạ thấp hiệu suất hoạt động của lò

 Không phải thay đổi thiết bị và quá trình công nghệ sản xuất xi măng

 Không tăng suất tiêu hao năng lượng điện và nhiệt của sản xuất clinker.

 Sản xuất điện phục vụ trực tiếp cho nhu cầu của nhà máy

 Giảm nhiệt độ khí đầu vào, đầu ra máy nghiền liệu và lọc bụi điện, giúp cho máy nghiền hoạt động ổn định và nâng cao năng suất máy nghiền

 Lượng bụi thu hồi được tại nồi hơi khoảng 10-15 tấn/giờ, góp phần vào việc tăng

 Góp phần giảm ô nhiễm môi trường một cách gián tiếp

 Hiệu quả kinh tế đem lại từ hệ thống phát điện tận dụng nhiệt dư ước tính đạt hàng chục tỉ đồng/năm.

Sử dụng xyclon thứ 6: Về nguyên tắc, khi lắp thêm tầng cyclon thứ

6 thì nhiệt độ khói lò thoát ra sẽ giảm đi và tiêu tốn nhiệt cũng giảm đi Tuy nhiên thêm cyclon tức trở lực sẽ tăng lên, dẫn đến sự giảm áp lực hút Khi đó áp suất của quạt hút phải tăng lên đồng thời không khí lạnh lọt vào tháp cyclon cũng tăng lên Mặt khác nếu dùng cyclon thứ

6 thì nhiệt độ khí thoát ra khá thấp nên cũng phải chú ý đến yêu cầu đảm bảo nhiệt cho công đoạn sấy nghiền phối liệu.

Sản xuất clinker mác cao: Về phương diện công nghệ có thể nhận thấy muốn sản xuất clinke mác cao thì cần nâng nhiệt độ cao hơn để giảm CaO tự do và như thế thì nhiệt độ khói lò có thể tăng lên và tiêu tốn nhiệt để nung clinke sẽ tăng lên Tuy nhiên với clinke mác cao có thể pha thêm nhiều phụ gia hơn Vì vậy nếu tính theo tiêu tốn nhiệt cho một tấn xi măng lại giảm đi và có lợi hơn Phương án này cũng đang được các nhà máy trú trọng áp dụng vì ngoài việc giảm nhiệt tiêu hao riêng cho 1 đơn vị sản phẩm xi măng còn tăng được sản lượng xi măng mà không cần tăng thêm nhà máy. Điều chỉnh vị trí vòi đốt phù hợp và sử dụng vòi đốt chất lượng cao: Vòi đốt tốt cho phép đốt cháy hoàn toàn than bụi trong zôn nung kèm theo tăng nhiệt độ ngọn lửa Điều đó có nghĩa là tăng được lượng nhiệt truyền cho clinke làm cho clinke kết khối nhanh, đồng thời đạt chất lượng cao Vòi đốt có thể đặt song song với trục của lò hoặc song song với sàn thao tác (δ)lệch với trục của lò và lệch với mặt lớp liệu trong lò) Do việc va đập của ngọn lửa với lớp liệu nên vị trí của vòi đốt có thể không tạo ra được kết quả đốt tốt nhiên liệu vì sẽ có một số hạt than bị cuốn vào lớp clinke Đối với lò lớn, vị trí vòi đốt than cần được điều chỉnh sao cho ngọn lửa chùm sát mặt lớp liệu và song song với trục của lò và ngăn việc nghiêng vòi đốt phun than vào mặt vật liệu Trên thị trường có nhiều loại vòi đốt kết cấu khác nhau nhưng đều cố gắng để việc hòa trộn gió 2 với than bụi tốt hay quá trình cháy nhiên liệu được tốt.

Tăng nhiệt độ gió 2: Tăng nhiệt độ của gió 2 là rất quan trọng đối với việc đốt cháy hoàn toàn nhiên liệu và giảm được hệ số không khí dư khi cháy Hiện nay nhiệt độ này của các lò dao động trong khoảng lớn từ 800 đến 1050 0 C Rõ ràng là với nhiệt độ của gió 2 là 1050 0 C thì quá trình cháy nhiên liệu đảm bảo tốt hơn nhiều so với gió 800 0 C.Nhờ gió 2 có nhiệt độ cao nên nhiệt độ zôn nung dễ đạt được và truyền nhiệt cho clinke tốt hơn, nhiều hơn Trong trường hợp này tiêu tốn nhiệt để nung clinke sẽ giảm đi.

Kéo dài thời gian vận hành lò: Mỗi lần ngừng lò để thay gạch chịu lửa là một lần tổn thất rất nhiều nhiệt tích lũy của toàn hệ thống lò cũng như để nâng nhiệt đến lúc chạy lò bình thường Hệ thống lò muốn hoạt động đều đặn chơn chu thì hệ thống cơ khí của chúng phải được bảo dưỡng tốt và đều đặn Nếu điện lưới bị cắt bất chợt thì hệ lò bị ngừng đột ngột Khi đó máy phát điện dự phòng phải khởi động chậm nhất sau 45 giây chỉ đủ để lò quay được 0,5 vòng/phút để tránh lò bị võng, ảnh hưởng đến gạch chịu lửa.

Dùng phế thải làm nhiên liệu thay thế: Việc đốt phế thải xen kẽ nhiên liệu chính có thể giảm lượng nhiên liệu chính đến 50% tùy theo cách đốt và loại phế thải Phế thải thường chứa các hợp chất chứa S,

Cl, Fe và nhiều chất khác nữa Khi cháy chúng sẽ tạo ra các hợp chất ví dụ SO2 khi đốt cao su, Cl khi đốt chất dẻo họ PVC Vì vậy cần phán đoán các khí có thể sinh ra khi đốt rác hay phế thải để có kế hoạch xử lý hợp lý Nhiệt trị của phế thải có thể đốt được trong lò quay thường trên 2.500 kcal/kg, độ đồng nhất càng cao càng tốt.

ĐỀ XUẤT QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ XỬ LÝ BỤI VÀ KHÍ THẢI

Lựa chọn công nghệ

Việc lựa chọn phương pháp tối ưu là một vấn đề hết sức quan trọng trong việc giải quyết ô nhiễm môi trường không khí Làm thế nào để vừa giảm được nồng độ bụi, SO2 xuống mức đạt tiêu chuẩn cho phép mà lại vừa có hiệu quả kinh tế cao, phù hợp với điều kiện của nhà máy Phương pháp lựa chọn sẽ dựa trên các nguyên tắc cơ bản sau:

+ Thiết bị phù hợp với thành phần, nồng độ và tính chất của bụi và SO2

+ Hiệu quả đạt yêu cầu, dễ lắp đặt và thi công

+ Đạt yêu cầu về mặt kinh tế trong giai đoạn hiện nay

+ Phù hợp với các yêu cầu khách quan khác

+ Phạm vi sử dụng hợp lí của thiết bị xử lý khí thải phụ thuộc nhiều yếu tố như áp suất, nhiệt độ khí thải, nồng độ ban đầu, điều kiện vận hành.

Do đặc điểm và tính chất của bụi và khí SO2 từ lò nung xi măng là bụi ở dạng mịn có tính kết dính cao, nhiệt độ khói thải đầu ra cũng khá cao Nên ta đề xuất công nghệ xử lý sau đây:

Hình 1.3 Sơ đồ công nghệ xử lý bụi và khí thải

Thuyết minh sơ đồ: Đầu tiên khí thải sẽ đi vào Xyclon, trong Xyclon sẽ tách được các hạt bụi có kích thước lớn hơn 20 μmm Sau khi tách được các hạt bụi có kích thước lớn, chúng ta cho đi vào Lọc bụi túi Sau đó xử lí bụi xong ta cho khí qua tháp giải nhiệt trước khi vào tháp hấp thụ để giảm bớt nhiệt độ khí và cũng để tăng hiệu quả quá trình hấp thụ Dung dịch hấp thụ là nước, dòng khí sẽ đi từ dưới lên, dung dịch hấp thụ sẽ đi từ trên xuống Sau khi hấp thụ xong khí thải sẽ theo đường ống thoát ra ngoài qua ống khói Dung dịch sau khi hấp thụ sẽ đưa qua hệ thống sử lý nước thải.

Hình 1.4 Sơ đồ nguyên lí của Xyclon

Xyclon là thiết bị hình trụ tròn có miệng dẫn khí vào ở phía trên.Không khí vào cyclon sẽ chảy xoáy theo đường xoắn ốc dọc bề mặt trong của vỏ hình trụ Xuống tới phần phễu, dòng khí sẽ chuyển động ngược lên trên theo đường xoắn ốc và qua ống tâm thoát ra ngoài.

Hình 1.5 Sơ đồ nguyên lý của túi vải

Nguyên lý lọc bụi của vải như sau: cho không khí lẫn bụi đi qua 1 tấm vải lọc, ban đầu các hạt bụi lớn hơn khe giữa các sợi vải sẽ bị giữ lại trên bề mặt vải theo nguyên lý rây, các hạt nhỏ hơn bám dính trên bề mặt sợi vải lọc do va chạm, lực hấp dẫn và lực hút tĩnh điện, dần dần lớp bụi thu được dày lên tạo thành lớp màng trợ lọc, lớp màng này giữ được cả các hạt bụi có kích thước rất nhỏ Hiệu quả lọc có thể đạt tới 99,8% và lọc được cả các hạt rất nhỏ là nhờ có lớp trợ lọc.Sau 1 khoảng thời gian lớp bụi sẽ rất dày làm sức cản của màng lọc quá lớn, ta phải ngưng cho khí thải đi qua và tiến hành loại bỏ lớp bụi bám trên mặt vải Thao tác này được gọi là hoàn nguyên khả năng lọc.

Tính toán Cmax

Theo QCVN 23:2009/BTNMT, QCVN về khí thải công nghiệp sản xuất xi măng, nồng độ tối đa cho phép của bụi và khí SO2 được tính theo công thức:

 Cmax: là nồng độ tối đa cho phép của bụi và khí SO2 trong khí thải công nghiệp sản xuất của nhà máy sản xuất xi măng Tính bằng miligam trên mét khối khí thải chuẩn (δ) mg/N𝑚3)

 C là nồng độ của bụi và của khí SO2 quy định tại mục 2.2 (δ) mg/ 𝑁𝑚3).

 𝐾𝑝 là hệ số lưu lượng nguồn thải quy định tại mục 2.3

 𝐾𝑣 là hệ số vùng, khu vực quy định tại mục 2.4

Dựa vào cột B (δ)theo nhiên liệu sử dụng là than) tại mục 2.2, ta có:

Theo mục 2.3 ta có hệ số công suất của nhà máy sản xuất xi măng, chọn tổng công suất theo thiết kế là P > 1.5 triệu tấn/năm  Kp = 0.8

Theo mục 2.4 ta có hệ số vùng, khu vực của nhà máy sản xuất xi măng ứng với loại 4 đối với khu vực nông thôn  Kv = 1.2

Nồng độ tối đa cho phép của bụi và khí SO2 là :

Như vậy ta có bảng so sánh các thông số như sau:

Bảng 1.3 Bảng so sánh nồng độ khí thải tại nhà máy sản xuất xi măng so với QCVN 23:2009/BTNMT

Kp Kv Cmax Nồng độ trong khí thải (δ)mg/N.m 3 )

 Từ phân tích trên ta có thể thấy hàm lượng SO2 trong khí thải vượt gấp 2.56 lần, hàm lượng bụi vượt gấp 71 lần so với QCVN23:2009/BTNMT về Khí thải công nghiệp sản xuất xi măng Chính vì vậy, ta phải tập trung vào công nghệ xử lý bụi và SO2 tránh gây ô nhiễm môi trường xung quanh và người dân, công nhân đang làm việc tại nhà máy.

TÍNH TOÁN THIẾT BỊ XỬ LÝ BỤI VÀ KHÍ THẢI .24

Các thông số

- Lưu lượng khí thải chứa bụi, L = 22.500 m 3 /h = 6,25 m 3 /s

Các thông số của bụi Các thông số của khí thải

- Nhiệt độ khí thải khi đi vào thiết bị xử lý bụi: 160 o C.

- Áp suất tại thiết bị xử lý bụi:

- Nồng độ bụi đầu vào: 14.200 mg/Nm 3

- Khối lượng riêng của bụi: ρb 2.130 kg/m 3

- Nhiệt độ khí thải trước và ở trong xử lý khí thải: 45 o C.

- Áp suất tại thiết bị xử lý khí thải: 1atm.

- Nồng độ SO2 đầu vào: 1.280 mg/Nm 3

- Khối lượng riêng khí ρk=2,3 kg/ m 3 Dựa vào những thông số trên, ta thấy tất cả các thông số đầu vào đều vượt quá giới hạn cho phép theo QCVN 23:2009/BTNMT, QCVN về Khí thải nhà máy sản xuất xi măng Vì vậy cần tiến hành xử lý bụi và khí SO2 trước khi nguồn khí được xả ra môi trường.

Tính toán thiết bị xử lí bụi

 Chọn xyclon đơn kiểu IIH15Y

Ta có diện tích tiết diện ngang của xyclon được tính theo công thức:

 F: diện tích tiết diện ngang của xyclon (δ)m 2 )

 vtu: vận tốc trung bình trên mặt cắt ngang của thân hình trụ xyclon.(δ)vtu = 1 - 5 m/s) Chọn vtu = 2,5 (δ)m/s).

- Tốc độ thực tế của khí trong xyclon : v tt = L

Với N là số xyclon đơn nguyên Chọn N = 1.

- Độ sai biệt so với tốc độ tối ưu :

Như vậy vtt = 2,51 m/s đạt yêu cầu

Kích thước xyclon được thiết kế theo bảng III.4, trang 524, Sổ tay quá trình công nghệ hóa chất tập 1 như sau:

- Chiều cao cửa vào bên trong : a = 0,66 × D = 0,66 × 1,8 = 1,19 (δ)m)

- Chiều cao ống dẫn khí vào : l = 0,6 × D = 0,6 × 1,5 = 1,08 (δ)m)

- Chiều cao ống tâm có mặt bích : h1 = 1,5 × D = 1,5 × 1,8 = 2,7 (δ)m)

- Chiều cao phần hình trụ : h2 = 1,51 × D = 1,51 × 1,8 = 2,72 (δ)m)

- Chiều cao phần hình nón : h3 = 1,5 × D = 1,5 × 1,8 = 2,7 (δ)m)

- Chiều cao phần bên ngoài ống tâm : h4 = 0,3 × D = 0,3 × 1,8 = 0,54 (δ)m)

- Chiều cao chung thiết bị xyclon :

- Đường kính ngoài ống ra : d1 = 0,6 × D = 0,6 × 1,8 = 1,08 (δ)m)

- Đường kính trong của cửa tháo bụi : d2 = (δ)0,3 ÷ 0,4) × D = (δ)0,3 ÷ 0,4) × 1,8 = 0,54 ÷ 0,72 (δ)m)

- Chiều dài của ống cửa vào: l = 0,6 × D = 0,6 × 1,8 = 1,08 (δ)m)

- Khoảng cách từ tận cùng xyclon đến mặt bích: h5 = (δ)0,24 ÷ 0,32) × D = (δ)0,24 ÷ 0,32) × 1,8 = 0,43 ÷ 0,57 (δ)m)

- Đường kính trong của xyclon: Dt = 200 - 800 (δ)mm) Chọn Dt = 500 (δ)mm)

- Góc nghiêng giữa nắp và ống vào 15

- Hệ số trở lực của xyclon:  = 110.

- Xác định đường kính giới hạn của hạt bụi Đường kính giới hạn của hạt bụi được tính theo công thức theo ô nhiễm không khí và xử lý khí thải tập 2 của Trần Ngọc Trấn: o =

0 : đường kính giới hạn của hạt bụi (δ)m)

: hệ số nhớt động học của bụi ở 150C μ= μ 0℃ × 387

2 =2,4 × 10 -5 Pa.s l = H (δ)chiều cao thiết bị) r2 : bán kính thân xyclon r2 = D 2 = 1,8 2 = 0,9 (δ)m) r1 : bán kính ống thoát khí sạch r1 = d 1

2 = 1,08 2 = 0,54 (δ)m) ρ b : khối lượng riêng của bụi , ρ b = 2130 kg/m 3 vE : vận tốc khí ở ống dẫn vào xyclon v E = L a×b = 22500

1,19 × 0,36 × 3600 = 14,6 (m/s) n : số vòng quay của dòng khí bên trong xyclon n = 0,7 × v E π (r 1 + r 2 ) = 0,7 × 14,6

Thay các số liệu vào ta có : o = √ 4,5 × L π 3 × ρ b × ( r 2 2 - r 1 2 ) × n 2 × l × ln r r 2 1 o = √ 4,5 × 2,4 × 10 -5 × 22500

Trong đó : l : chiều cao làm việc của xyclon l = h2 – a = 2,72 – 1,19 = 1,53 (δ)m)

Bảng 2.1 Kết quả tính hiệu quả lọc bụi theo cỡ hạt  (δ)δ))

Cỡ hạt bụi trung bình

Vậy tổng lượng bụi còn lại trong 1m 3 khí sau khi qua xyclon là

• Hiệu suất xử lý xyclon :

• Tính toán lượng bụi thu được trong 1 ngày :

- KLR của khí thải ở nhiệt độ 160 ℃ ρ k =1,293 × 273

- KLR của hỗn hợp khí thải ở 160 ℃ ρ hh = ρ b × γ 1 +(1- γ 1 )ρ k

Cv = 14200 (δ)mg/m 3 ) = 0,0142 kg/m 3 ρ k =0,81 (δ)kg/m 3 ) ρ b = 2130kg/m 3

Thay vào phương trình ta có : ρ hh = 5,9 ~ 6 (δ)kg/m 3 )

- Lượng hệ khí vào xyclon :

- Nồng độ bụi trong hệ khi vào xyclon : y v = C v ρ hh × 100% = 0,0142

- Nồng độ bụi khi ra khỏi xyclon : y r = y v (1 - )= 0,24 ( 1- 0,72 )=0,07%

- Lượng hệ khí ra khỏi xyclon :

- Lưu lượng khí ra khỏi hệ thống :

 Tính thùng chứa bụi

- Lưu lượng khí thải ở trong xyclon :

Chọn thời gian lưu tại thùng chứa bụi là t = 15 phút = 900s

• Thể tích thùng chứa bụi :

Chọn chiều cao thùng chứa bụi là 2 m, chiều dài thùng là 2,5 m, chiều rộng thùng là 2 m

 Tổn thất áp suất trong xyclon

Trong đó : wq là tốc độ quy ước của khí w q = L 0,75 × D 2 = 22500

 : hệ số trở lực của xyclon

Xét thấy, sau khi qua thiết bị xyclon, nồng độ bụi trong khí thải là

4044 (δ)mg/m 3 ), vẫn còn rất lớn và chưa đảm bảo chất lượng khí thải đầu ra nên ta cần thiết kế thêm hệ thống túi lọc bụi để xử lý tiếp.

2.2.2 Tính toán túi lọc bụi

Các thông số của bụi đầu vào :

 Lưu lượng khí đầu vào : Qvào túi = Lr = 22462 (δ)m 3 /h)

 Áp suất tại thiết bị xử lý bụi đầu vào: 1 atm

 Nồng độ bụi đầu vào Cv1 = 4044 (δ)mg/m 3 )

 Khối lượng riêng của bụi: ρ b = 2130 (δ)kg/m 3 )

 Yêu cầu đầu ra theo QCVN 23:2009/BTNMT, hàm lượng bụi tối đa của bụi là Cra = 100 (δ)mg/Nm 3 ) theo điều kiện tiêu chuẩn (δ)nhiệt độ

Chọn khí đầu ra ở nhiệt độ 100℃ Coi áp suất không đổi.

Chọn loại túi vải Polyeste vì túi chống axit, chống kiềm, chống rác tốt, giá thành thấp mà có khả năng chịu nhiệt lên đến 120℃ và lớn nhất đến 150℃

 Tính toán kích thước vải

Theo Bài giảng Công nghệ xử lí khí thải và tiếng ồn, ta có: Đường kính của túi vải D < 600 mm.

Chọn đường kính túi vải là D = 300 mm.

Chọn chiều dài túi vải L = 16D

Chiều dài túi vải: L = 4800mm

• Tổng diện tích bề mặt của túi vải :

Trong đó : v = 15 - 200 (δ)m 3 /m 2 /h): cường độ lọc của dòng khí đi vào thiết bị, Chọn v = 60 (δ)m 3 /m 2 /h) η: hiệu xuất xử lý bụi của thiết bị

Qv: lưu lượng dòng khí vào thiết bị (δ)m 3 /s).

• Số túi trong thiết bị là:

→ Chọn số túi vải là 88 túi Chọn số túi theo hàng ngang là n1 = 11 túi, số túi theo hàng dọc là n2 = 8 túi.

Gọi khoảng cách giữa các túi vải là : d1 = 0,1 (δ)m) khoảng cách giữa các hàng là: d2 = 0,1 (δ)m) khoảng cách giữa túi vải ngoài cùng đến mặt trong của thiết bị là d3 = 0,1 (δ)m).

Chọn đế dày của thiết bị là 𝜎 = 0,003 (δ)m).

• Chiều dài của một đơn nguyên là :

• Chiều rộng của một đơn nguyên là :

Chiều cao của thiết bị là H=L+ H 1 + H 2 + H 3

Với H1, H2, H3 là chiều cao phía trên, chiều cao phía trên, chiều cao phía dưới ống tay áo và chiều cao phần giũ bụi; chọn H1 = 0,85 m; H2

 Tính toán lượng bụi thu được:

KLR của hỗn hợp khí thải ở 160℃ ρ hh = ρ b × γ 1 +(1- γ 1 )ρ k

Thay vào phương trình ta có: ρ hh = 3,35 ( kg m 3 )

• Lượng khí đi vào thiết bị lọc túi vải:

• Nồng độ bụi trong hệ thống khí tính theo % khối lượng đi ra khỏi thiết bị lọc bụi túi vải: y v = C v1 ρ k = 4044 × 10 -6

• Nồng độ bụi trong hệ thống khí tính theo % khối lượng đi ra khỏi thiết bị lọc bụi túi vải: y r = y v ×(1- )=0,5 × (1-0,975)= 0,013%

• Lượng khí đi ra khỏi thiết bị:

• Lưu lượng hệ khí đi ra khỏi thiết bị:

• Lưu lượng khí thải ở trong túi lọc bụi:

Chọn thời gian lưu tại thùng chứa bụi là t = 15 phút

• Thể tích thùng chứa bụi là:

Chọn chiều cao thùng chứa bụi là 3 m Chiều dài thùng là 4 m. Chiều rộng thùng là 2,5 m.

• Trở lực của thiết bị:

∆P : trợ lực của thiết bị

A : hệ số thực nghiệm kể đến độ ăn mòn, độ bẩn A = 0,25 – 2,5 Chọn A = 0,25 n : hệ số thực nghiệm Chọn n = 1,25 – 1,3 Chọn n = 1,3 v : cường độ lọc v = 60 m 3 /m 2 /giờ

Tính toán tháp đệm xử lí SO 2

Tháp hấp thụ SO2 là lựa chọn trong phương án là tháp đệm, chọn chất hấp thụ là nước

Các thông số đầu vào :

 Lưu lượng khí vào thiết bị xử lý khí thải : 22353 m 3 /h

 Nồng độ SO2 đầu vào : 1280 (δ)mg/Nm 3 ) ở, 1 atm.

 Nhiệt độ khí vào tháp: 45℃

 Nồng độ SO2 : 500 mg/Nm 3

Loại thiết bị lựa chọn : tháp đệm

Tháp hấp thụ được chọn đệm vòng Rasiga đổ lộn xộn: đệm bằng sứ kích thước

25× kch thư ơ c 25 ´ ❑k ´ ´ i ch thư ơ c ´ 25×3. σ : bề mặt riêng của đệm, tra bảng IX.8 (δ)trang 194 – 11,Sổ tay 2 σ

Vd : thể tích tự do, tra bảng IX.8 Vd = 0,75 m 3 /m 3 ρ đ : kh ô i lư ´ ơ ng riêng cua v ´ ´ â t li ê u đệm ´ ρ đ= 600 kg/m 3

2.3.1 Tính toán quá trình hấp thụ

Dung môi hấp thụ là CaCO3 có tỷ lệ rắn/lỏng = 1/10 (δ)về khối lượng)

Khối lượng riêng của huyền phù : ρ x = 11 g huy ê n phù `

 Gy : lưu lượng hỗn hợp khí vào tháp (δ)kmol/h)

 Gx : lưu lượng dung môi vào tháp (δ)kmol/h)

 Gtrơ : lưu lượng khí trơ (δ)kmol/h)

 Yđ : nồng độ phần mol tương đối của SO2 trong khí đi vào tháp (δ)kmol/SO2/kmol kk)

 Yc : nồng độ phần mol tương đối của SO2 trong khí đi ra khỏi tháp (δ)kmol/SO2/kmol kk)

 Xđ : nồng độ phần mol tương đối của SO2 trong dung môi đi vào tháp (δ)kmol/SO2/kmol dung môi)

 Xc : nồng độ phần mol tương đối của SO2 trong dung môi đi ra khỏi tháp (δ)kmol/SO2/kmol dung môi)

Hiệu suất của thiết bị là :

• Suất lượng mol của hỗn hợp khí đi vào tháp :

• Suất lượng mol của SO2 đầu vào :

• Suất lượng mol của cấu tử trơ :

• Nồng độ phần mol của SO2 trong hỗn hợp khí đầu vào : y đ SO

 Đầu ra của khí thải :

Theo tính toán ta đã có hiệu suất của tháp hấp thụ là 63%

• Suất lượng mol khí SO2 ra :

• Suất lượng mol khí thoát ra :

• Nồng độ phần mol SO2 thoát ra : y c S O

• Lượng CO2 hấp thụ : y ht SO

• Hiệu suất quá trình hấp thụ :

 Suất lượng của khí trơ :

) = 857 × (5,25 × 10 -4 - 2,3 × 10 -4 ) = 0,25 (mol/h) = 7 × 10 -5 (mol/s) a Thiết lập phương trình đường cân bằng

Theo định luật Henry ta có : ycb = mx y= Y

X : phần mol tương đối của huyền phù

Y : phần mol tương đối của SO2

1 + (1 - m) × X Ψ : hệ số henry Ở 45℃ với khí SO2 thì Ψ = 0,0 545 × 10 6 mmHg (δ)tra bảng 2.1 bài giảng Quá trình công nghệ môi trường 2)

1 +(1 - 71,71) × X b Thiết lập phương trình đường làm việc

Phương trình cân bằng vật liệu cho thiết bị :

Do Xđ = 0 nên phương trình trở thành G trơ( Y - Y c) = G x × X c

Giả thiết Xc = Xcbc thì lượng dung môi tối thiểu cần để hấp thụ là :

Từ phương trình đường cân bằng

Với Yđ = 5,25 × 10 -4 (δ)kmol SO2/kmol kk)

Lượng dung môi cần thiết để hấp thụ : Gxd = β × G X min

G xd = β × G X min =1,2 × 33708,7 = 40450,44 ( kmol h ) → G G xd trơ = 40450,44

Phương trình đường làm việc :

Y = 47X + 2,3 × 10 -4 Đường làm việc của quá trình là đường thẳng đi qua 2 điểm là : Điểm đầu (δ)0; 2,3 × 10 -4 ), điểm cuối (δ)7,5 × 10 -6 ; 5,25 ×10 -4 )

Bảng 2.2 Giá trị của Y, Y cb biểu diễn theo X

Hình 2.1 Đồ thị đường làm việc và đường cân bằng của tháp hấp thụ c Lượng đá vôi cần thiết

Lượng đá vôi cần thiết cho hệ thống xử lý được tính theo phản ứng tổng quát sau:

Với lưu lượng mol SO2 cần xử lý là : n SO 2 = 0,42 × 0,73 = 0,3 ( kmol h )

Theo phương trình phản ứng thì nCaCO3 = nSO2 = 0,3 kmol/h

→ m CaC O 3 = 0,3 ×100 = 30 kg/h Để đảm bảo cho tháp hấp thụ vận hành tốt lượng đá vôi cần chọn dư rất nhiều Chọn lượng đá vôi phải lớn hơn 2 lần lượng đá vôi cần thiết.

2.3.2 Tính toán kích thước thiết bị tháp đệm a, Đường kính tháp hấp thụ

Khối lượng riêng của pha khí :

Tính vận tốc khí đi trong tháp: log [ ω g × V s 2 × σ đ 3 đ × ρ × ρ L k ( μ μ x l ) 0,16 ] = A - 1,75 × ( L G ) 1 4 × ( ρ ρ k x )

A = 0,022 (δ)hệ số phụ thuộc dạng quá trình và vật liệu đệm) ρ k , ρ x : Khối lượng riêng của pha khí và pha lỏng (δ)kg/m 3 ) μ x , μ l : đ ô nh ´ ơ t đ ´ ô ng học❑ ´ ❑ ri ê ng cu ̉" a pha khỉ% va ̉& pha lo ̉" μ x

100 ° = μ H 2 O 100 ° ×( 1+2,5 ×φ ) =0,5494× 10 3 × ( 1+2,5 ×0,1)=6,8 × 10 -4 N.s/ m 2 φ: nồng độ pha rắn trong huyền phù μ 1 =1,002 × 10 -3

G x , G y : suất lượng dòng lỏng và dòng khí (δ)kg/s)

 Khối lượng phân tử trung bình của chất lỏng trong tháp:

M xtb = X tb × M SO 2 + (1 - X tb ) × M hp ¿ 3,75 × 10 -6 × 64+(1−3,75 × 10 -6 ) × 19,45,45

 Lượng lỏng trung bình đi vào tháp

2 = G yd - G SO 2 bị hấp thụ

 Khối lượng phân tử trung bình của khí trong tháp:

M ytb = Y tb × M SO 2 + (1 - Y tb ) × M kk ¿ 3,8 × 10 -4 ×64 +(1−3,8 × 10 -4 ) × 29)

 Lượng khí trung bình đi vào tháp:

Thay vào phương trình, ta tính được ω s= 1,8(δ)m/s)

Vận tốc khí đi qua tháp ω = 0,8 × ω s = 1,5 ( m s )

Q: lưu lượng khí trung bình đi qua tháp (δ)m 3 /s) ω: vận tốc khí đi qua tháp (δ)m/s)

Tính Q: suất lượng khí của SO2

 Lưu lượng SO2 bị hấp thụ:

 Lưu lượng khí thải vào tháp:

 Lưu lượng khí ra khỏi tháp:

 Diện tích mặt cắt của tháp:

Khí thải chuyển động trong tháp phải thỏa mãn điều kiện chảy rối.

Hệ số nhớt động lực của dòng khí ở 100℃ μ 100℃ = 17,17 × 10 -6 × 387

2,18× 10 -5 4626>10000(thoa man) b Chiều cao hấp thụ

 Xác định số đơn vị truyền khối

 Số đơn vị chuyển khối m y = ∫ y yv d y y - y *

Trong đó: y * : nồng độ của SO2 trong pha lỏng ở trạng thái cân bằng Sau khi khuếch tán vào pha lỏng, SO2 nhanh chóng phản ứng với CaCO3 nên nồng độ SO2 tại thời điểm cân bằng rất nhỏ, có thể xem là gần bằng 0. Nên số đơn vị chuyển khối tính theo công thức: m y = ln y đ y c

Với hiệu suất xử lý 56% thì y c= 0,44 y đ(δ)kmolSO2/kmolkk)

 Số đơn vị chuyển khối sẽ là: m y = ln y đ

 Xác định chiều cao tổng quát của một đơn vị truyền khối

 Chiều cao tháp được xác định theo phương pháp số đơn vị chuyển khối

H: chiều cao tháp, m h đv : chiều cao một đơn vị chuyển khối, m m y : số đơn vị chuyển khối

 Chiều cao một đơn vị chuyển khối: h đv = h 1 + m * × G y

Trong đó: h1: chiều cao 1 đơn vị chuyển khối ứng với pha khí h2: chiều cao 1 đơn vị chuyển khối ứng với pha lỏng m*: giá trị trung bình của tg góc nghiêng đường cân bằng Y* f(δ)X) với mặt phẳng ngang. h 1 = V d a × × σ d × Re y 0,25 × Pr y

V d : thể tích tự do, tra bảng Ĩ.8 (δ)trang 193) – sổ tay 2.

V d = 0,75 m 3 / m 3 a: hệ số phụ thuộc vào dạng đệm, với đệm vòng a = 0,123

: hệ số thấm ướt của đệm

U tt : mật độ tưới của tháp

U th : mật độ tưới thích hợp; B = 0,158 (δ)m 3 /m 2 h): hằng số

U th =6 → =0,8(Tra hình XI.16 trang 178-Sổ tay quá trình thiết bị tập 2) σ d : bề mặt riêng của đệm, tra bảng Ĩ.8 (δ)trang 193) - , σ = 195 (δ)m 2 / m 3 )

Re y : chuẩn số Renoyd đối với pha khí

- Hệ số khuếch tán của SO2 ở O℃, 1atm:

- Hệ số khuếch tán của SO2 ở 45℃, 1atm:

Thay vào công thức ta có h1= 0,2m

3 × Re y 0,25 × Pr y 0,5 μ x : hệ số nhớt của pha lỏng ở nhiệt độ làm việc

 Hệ số khuếch tán SO2 trong pha lỏng

A,B: phân tử hấp thụ và dung môi hấp thụ

M A , M B: nguyên tử khối của phân tử và dung môi

Thay số ta được: DL = 72,4.10 -9 m 3 /s

 Hệ số khuếch tán SO2 ở 45℃

Với b được tính theo công thức: b = ( μ L 20

Từ phương trình đường cân bằng m * = 83 h đv = h 1 + m * × G y

 Chiều cao phần tách lỏng và đáy thiết bị

Chiều cao phần tách lỏng và đáy được lựa chọn theo bảng

Bảng 2.3 Chiều cao phần tách lỏng H c và đáy H đ

(δ)Trích tài liệu học tập Kỹ thuật xử lý khí thải – CBGD Dư Mỹ Lệ - Quá trình hấp thụ).

Với D = 2,35 m ta chọn Hc và Hd lần lượt bằng 1 m và 2,5 m.

 Chiều cao tổng cộng của tháp

Chiều cao tổng cộng của tháp được tính bằng tổng chiều cao của phần tách lỏng, chiều cao phần đáy, chiều cao của một đơn vị truyền khối.

Chiều cao của tháp là: H= H + Hc + Hd = 1 + 1 + 2,5= 4,5 (δ)m)

Bảng 2.4 Các thông số kĩ thuật của tháp hấp thụ

STT Thông số Giá trị

2 Nồng độ SO2 vào (δ)mg/m 3 ) 1280

3 Lưu lượng lỏng cần thiết (δ)m 3 /h) 0,6

6 Tổng chiều cao xây dựng (δ)m) 4,5

Định dạng
Số trang	49
Dung lượng	347,03 KB