bảo vệ môi trường không khí và xử lý khí thải pot

ĐỒ ÁN MÔN HỌC BẢO VỆ MÔI TRƯỜNG KHÔNG KHÍ VÀ XỬ LÝ KHÍ THẢI... Nhiệm vụ: Tính toán dự báo và thiếtkế hệ thống xử lý ô nhiễm môi trường không khí từ các nguồn thải của nhà máy gạch Tuyne

ĐỒ ÁN MÔN HỌC BẢO VỆ MÔI TRƯỜNG KHÔNG KHÍ

VÀ XỬ LÝ KHÍ THẢI

Nhiệm vụ: Tính toán dự báo và thiếtkế hệ thống xử lý ô nhiễm môi trường không khí từ các nguồn thải của nhà máy gạch Tuynel Từ Sơn - Hải Phòng

1 Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:

- Phân tích các nguồn gây ô nhiễm môi trường do hoạt động sản xuất của nhà máy gây ra

- Tính toán tải lượng của các chất ô nhiễm từ các nguồn thải trên

- Tính toán nồng độ phát thải của các chất ô nhiễm trên đối với từng

nguồn thải

- Kết luận so sánh với tiêu chuẩn khí thải công nghiệp: TCVN 2005

- Tính toán thiết kế hệ thống xử lý chất thải ô nhiễm trước khi phát thải vào môi trường xung quanh

- Tính toán dự báo nồng độ của các chất ô nhiễm trên (sau khi đã lắp đặt thiết bị xử lý) về mùa đông và mùa hè theo các hướng gió chủ đạo tại địa điểm xây dựng nhà máy ứng với khoảng cách: cách nguồn thải từ 0 đến 40 lần chiều cao của nguồn thải

- Lập biểu đồ biểu diễn sự khuyếch tán của từng chất ô nhiễm với các khoảng cách trên về mùa đông và mùa hè

- Xác định Cmax và Xmax, tốc độ gió nguy hiểm của từng chất ô nhiễm với các khoảng cách trên về mùa đông và mùa hè

- Xác định Cmax và Xmax tổng cộng của tất cả các nguồn thải với từng chất ô nhiễm về mùa đông và hè

- Kết luận so sánh với tiêu chuẩn chất lượng môi trường không khí xung quanh TCVN 5937 – 2005

2 Phần bản vẽ

- Sơ đồ công nghệ sản xuất của nhà máy có phân tích nguồn gây ô nhiễm

- Biểu đồ biểu diễn sự khuyếch tán của từng chất ô nhiễm riêng biệt cho 2 mùa

- Tổng mặt bằng nhà máy có nguồn thải và khu vực xử lý

- Vẽ chi tiết hệ thống xử lý không khí: bao gồm mặt bằng, mặt cắt vả thiết

bị xử lý

- Triển khai các chi tiết cấu tạo của hệ thống theo chỉ dẫn của giáo viên hướng dẫn

Chương 1: KHÁI QUÁT CHUNG 1.1.Nhiệm vụ

Tính toán dự báo và thiết kế hệ thống xử lý ô nhiễm môi truờng không khí từ các nguồn thải của nhà máy gạch Tuynel Từ Sơn công suất 25 triệu viên/năm

Địa điểm xây dựng: Hải Phòng

Các thông số khí hậu tại Hải Phòng được tra theo phụ lục 2a, 2b và phụ lục 3 gt ‘ Nhiệt và khí hậu kiến trúc’, dung ẩm của không khí được tra theo biều đồ I – d theo nhiệt độ và độ ẩm

Bảng 1 – 1: Các thông số khí hậu xung quanh nhà máy

ttb, o C  , % d, g/kg vtb , m/s ttb, o C  , % d, g/kg vtb , m/s

1.2 Nội dung tính toán

- Phân tích các nguồn gây ô nhiễm môi trường do hoạt động sản xuất của nhà máy gây ra

- Tính toán tải lượng của các chất ô nhiễm từ các nguồn thải trên

- Tính toán nông độ phát thải của các chất ô nhiễm trên đối với từng nguồn thải

- Kết luận so sánh với tiêu chuẩn khí thải công nghiệp TCVN 2005

- Tính toán thiết kế hệ thống xử lý chất thải ô nhiễm trước khi phát thải vào môi trường xung quanh

- Tính toán dự báo nồng độ của các chất ô nhiễm trên (sau khi đã lắp đặt thiết bị

xử lý) về mùa đông và mùa hè theo các hướng gió chủ đạo tại địa điểm xây dựng nhà máy ứng với khoảng cách: từ nguồn thải từ 0 đến 40 lần chiều cao của nguồn thải

- Lập biểu đồ biểu diễn sự khuếch tán cảu từng chất ô nhiễm với các khoảng cách trên về mùa đông và mùa hè

- Xác định Cmax và Xmax của từng chất ô nhiễm, tốc độ gió nguy hiểm về mùa đông và mùa hè

- Xác định Cmax và Xmax tổng cộng của tất cả các nguồn thải với từng chất ô nhiễm về mùa đông và hè

- Kết luận so sánh với tiêu chuẩn chất lượng môi truờng không khí xung quanh TCVN 5937 – 2005

- Tính lượng nhiệt cần thiết để sấy khô gạch mộc từ độ ẩm 12% đến 5%

- Tính lưu lượng, tải lượng chất ô nhiễm của từng ống khói

- Tính chiều cao ống khói 1, 2

1.3 Số liệu tính toán

- Nhiên liệu sử dụng: than cám có số lượng B = 2500 tấn/năm = 347 kg/h

- Số ngày làm việc trong 1 năm: Sn = 300 ngày

Bảng1 – 2: Thành phần của than cám

Ap

(%)

Sp (%)

Wp

(%)

Op

(%)

Np

(%)

Hp (%)

Cp

(%)

- Năng suất lò: Gnăm = 25 triệu viên/năm, trọng lượng G1 = 34000 tấn/năm

- Độ ẩm gạch mộc vào 12%

- Độ ẩm gạch ra khỏi lò sấy là 5%

- 70% than trộn vào đất ban đầu: B1 = 0,7B = 243 kg/h

- 30% than đưa vào lò nung : B2 = 0,3B = 104 kg/h

- Nhiệt độ lò nung: tn = 1000oC

Bảng 1 – 3: Đặc tính nguồn thải

Loại nguồn thải Số lượng nguồn thải Nhiệt độ khói thải

(oC)

1.4.Phân tích các công đoạn gây ô nhiễm của công nghệ sản xuất

Phân tích các công đoạn gây ô nhiễm môi trường trên sơ đồ công nghệ sản xuất gạch tuynel Từ Sơn:

tro xỉ

bụi, gạch vỡ

bụi, hơi n-ớc, khí thải bụi, hơi n-ớc, khí thải

Đất vụn, hơi n-ớc

Đất vụn

Đất vụn

Đất vụn

Đất vụn, n-ớc thải

Đất vụn

Đất vụn, n-ớc thải

Đất vụn, than rơi vãi

Đất vụn

Đất vụn

t2 = 87oC

ống khói 2

ống khói 1

t1 = 38oC Khói (tn = 1000oC) W2 = 5%

W1 = 12%

Than (30%)

Băng tải 4

Nuoc

Nuóc

Than (70%)

Băng tải 2

Băng tải 1

Bãi đất

Cấp liệu thùng 10 m3/h

Máy nghiền xa luân 10 m3/h

Bãi thành phẩm

Lò nung Tuynel

Lò sấy Tuynel Phơi trong nhà kính Cắt tự động Máy đùn MVA 400 - 20 t/h Máy nhào MVA 400 - 200 t/h Nhào 2 trục l-ới lọc 12 m3/h Máy cán mịn 10 m3/h Cấp liệu đĩa 10 m3/h

Chương 2:

TÍNH TOÁN SẢN PHẨM CHÁY

2.1 Xỏc định lượng ẩm bay hơi trong quỏ trỡnh sấy vật liệu

Nhiệt trị của nhiờn liệu đƣợc xỏc định theo cụng thức sau:

p

W 6 ) (

26 246

Q

= 81.72,2 + 246.1,4 – 26(1,2 – 1,8) – 6.6,6 = 6168,6 kcal/kgNL

Trọng lƣợng 1 viờn gạch: 1 , 36

10 25

10 34

6

6



nam vg

G

G

- Chọn thời gian làm việc trong 1 năm là: N = 300 ngày

- Số giờ làm việc trong 1 ngày: n = 24 giờ

Lƣợng gạch sấy nung trong 1 giờ: 3472

24 300

10 25

6







n N

G

Lƣợng vật liệu mang vào hầm sấy: G1 = 34.106 kg/năm = 4722 kg/h

Lƣợng ẩm bốc hơi trong lũ sấy:

348 5 100

5 12 4722 100

) (

2

2 1













w

w w

G

5 12

12 100 348 100

2 1

1













w w

w W

2.2 Tớnh toỏn lượng khớ độc hại thải ra trong quỏ trỡnh đốt chỏy nhiờn liệu

2.2.1 Tính toán l-ợng khí thải trong quá trình đốt cháy nhiên liệu ở điều kiện chuẩn

a/ Về mựa đụng

Bảng2 - 1:tớnh toỏn sản phẩm chỏy ở đktc (t = 0 o

C, P = 760 mmHg), B = 347 kg/h

1

Lƣợng khụng khớ khụ lớ thuyết

cần cho quỏ trỡnh chỏy m3chuẩn/kgNL

Vo = 0,089Cp + 0,246Hp - 0,0333(Op - Sp) 6,790

2

Lƣợng khụng khớ ẩm lớ thuyết

cần cho quỏ trỡnh sấy (ở t =

16,7o C;  = 83%; d = 10,5

g/kg)

m3chuẩn/kgNL

Va = (1 + 0,0016d)Vo 6,904

3

Lƣợng khụng khớ ẩm thực tế

với hệ số khụng khớ thừa  =

1,6

m3chuẩn/kgNL

Vt = Va 11,047

4 Lƣợng khớ SO2 trong spc m3chuẩn/kgNL VSO2 = 0,683.10-2 Sp 0,012

5

Lƣợng khớ CO trong spc với

hệ số chỏy khụng hoàn toàn về

hoỏ học và cơ học  = 0,006

m3chuẩn/kgNL

VCO = 1,865.10-2.Cp

0,008

6 Lƣợng khớ CO2 trong spc m3chuẩn/kgNL

VCO2 = 1,853.10-2

(1-)Cp 1,330

7 Lượng hơi nước trong spc m3chuẩn/kgNL

VH2O = 0,111Hp + 0,012Wp + 0,0016.d.Vt 0,423

8 Lượng khí N2 trong spc m3chuẩn/kgNL

VN2 = 0,8.10-2Np + 0,79Vt 8,732

9

Lượng khí O2 trong không khí

thừa m3chuẩn/kgNL VO2 = 0,21(-1)Va 0,870

10

Lượng khí NOx trong spc

(xem như NO2 với NO2 =

2,054 kg/m3chuẩn

kg/h MNOx = 3,953.10

-8

.(B.Qp)1,18

1,161 Quy đổi ra m3

chuẩn/kgNL m3chuẩn/kgNL VNOx = MNOx/(B.NOx) 0,002

Thể tích khí N2 tham gia vào

phản ứng của NOx

m3chuẩn/kgNL VN2(NOx) = 0,5VNOx

0,001

Thể tích khí O2 tham gia vào

phản ứng của NOx

m3chuẩn/kgNL VO2(NOx) = VNOx

0,002

11

Lưu lượng khói (spc) ở điều

kiện chuẩn

m3chuẩn/kgNL

Vspc = (4

9)+11-12-13

12,535

12

Tải lượng khí SO2 với SO2 =

2,926 kg/m3 chuẩn

g/s

MSO2 = (103VSO2BSO2)/3600

3,467

13

Tải lượng khí CO với CO =

1,25 kg/m3 chuẩn

g/s

MCO =

103VCOBCO/3600

0,973

14

Tải lượng khí CO2 với CO2 =

1,977 kg/m3 chuẩn

g/s

MCO2 =

103VCO2BCO2/3600

254,145

15

Lượng tro bụi với hệ số tro

bay theo khói: a = 0,5

g/s

Mbui = 10a.0,3BA p-/3600

2,349

b/ VÒ mïa hè

Bảng2 - 2:tính toán sản phẩm cháy ở đktc (t = 0 o

C, P = 760 mmHg), B = 347 kg/h

Stt Đại lượng tính Đơn vị Công thức tính Kết quả

1

Lượng không khí khô

lí thuyết cần cho quá

trình cháy m3chuẩn/kgNL

Vo = 0,089Cp + 0,246Hp - 0,0333(Op - Sp) 6,790

2

Lượng không khí ẩm lí

thuyết cần cho quá

trình sấy (ở t =

28,2oC; u = 84%; d =

20 g/kg)

m3chuẩn/kgNL

Va = (1 + 0,0016d)Vo 7,007

3

Lượng không khí ẩm

thực tế với hệ số

không khí thừa  = 1,6

m3chuẩn/kgNL

Vt = Va 11,212

4

Lượng khí SO2 trong

spc m3chuẩn/kgNL VSO2 = 0,683.10-2 Sp 0,012

5

Lượng khí CO trong

spc với hệ số cháy

không hoàn toàn về

hoá học và cơ học n =

0,01

m3chuẩn/kgNL

VCO = 1,865.10-2.Cp

0,008

6

Lượng khí CO2 trong

spc m3chuẩn/kgNL VCO2 = 1,853.10-2(1-)Cp 1,330

7

Lượng hơi nước trong

spc m3chuẩn/kgNL

VH2O = 0,111Hp + 0,012Wp + 0,0016.d.Vt 0,596

8

Lượng khí N2 trong

spc m3chuẩn/kgNL VN2 = 0,8.10-2Np + 0,79Vt 8,869

9

Lượng khí O2 trong

không khí thừa m3chuẩn/kgNL VO2 = 0,21(-1)Va 0,883

10

Lượng khí NOx trong

spc (xem như NO2 với

p NO2 = 2,054

kg/m3chuẩn

kg/h

MNOx = 3,953.10-8.(B.Qp)1,18

1,161

Quy đổi ra m3

chuẩn/kgNL m3chuẩn/kgNL VNOx = MNOx/(B.NOx) 0,002

Thể tích khí N2 tham

gia vào phản ứng của

NOx

m3chuẩn/kgNL VN2(NOx) = 0,5VNOx

0,001

Thể tích khí O2 tham

gia vào phản ứng của

NOx

m3chuẩn/kgNL VO2(NOx) = VNOx

0,002

11

Lưu lượng khói (spc)

ở điều kiện chuẩn

m3chuẩn/kgNL Vspc = (49)+11-12-13

12,858

12

Tải lượng khí SO2 với

pso2 = 2,926 kg/m3

chuẩn

g/s MSO2 = (103VSO2BSO2)/3600

3,467

13

Tải lượng khí CO với

pCO = 1,25 kg/m3

chuẩn

g/s MCO = 103VCOBCO/3600

0,973

14

Tải lượng khí CO2 với

pCO2 = 1,977 kg/m3

chuẩn

g/s MCO2 = 103VCO2BCO2/3600

254,145

15

Lượng tro bụi với hệ

số tro bay theo khói: a

= 0,5

g/s Mbui = 10a.0,3BAp/3600

2,349

2.2.2.Xác định tỉ nhiệt của khói

Tỉ nhiệt của khói đ-ợc xác định theo công thức:

Ckhoi =CCO2.XCO2 + CN2.XN2 + CO2.XO2+ CH2O.XH2O + CSO2.XSO2 + CCO.XCO + CNOx.XNOx -

CN2(NOx).XN2(NOx) – CO2(NOx).XO2(NOx) Trong đó:

- CCO2, CN2, CO2, CH2O, CSO2, CCO, CNOx, CN2(NOx), CO2(NOx) : nhiệt dung riêng của các khí, J/kg.độ

- XCO2, XN2, XO2, XH2O, XSO2, XCO, XNOx, XN2(NOx), XO2(NOx) : thành phần % của các khí

Tra b°ng ‘PV-4: Thông số vật lý của một số chất khí’ – giáo trình kỹ thuật sấy của ‘Ho¯ng Văn Chước’ ta được cỏc thụng số của cỏc khớ cú trong khúi thải

Dựa vào tớnh toỏn ở cỏc phần trờn ta tớnh đƣợc thành phần % cỏc khớ cú trong

khúi thải của lũ nung

Kết quả được thể hiện trong bảng sau:

a/ Về mựa đụng

Thành phần của khúi

V

m3chuẩn/kgNL

Thành phần % của cỏc khớ

C0 J/kg.độ

b/ Về mựa hố

Thành phần của khúi

V

m3chuẩn/kgNL

Thành phần %

0 J/kg.độ

2.3 Phương trỡnh cõn bằng nhiệt của quỏ trỡnh sấy

Phương trỡnh cõn bằng nhiệt của quỏ trỡnh sấy:

Qcan = Qvao

Trong đú:

 Qcan: nhiet l-ợng cần thiết cho quá trình sấy, kJ/h

Qcan = Q1 + Q2 +Q3 + Q4

– Q1: nhiệt l-ợng hữu ích của quá trình sấy, kJ/h

- Q2: nhiệt l-ợng tổn thất do khói mang ra khỏi lò sấy, kJ/h

- Q3: nhiệt l-ợng tổn thất do vật liệu mang ra khỏi lò sấy, kJ/h – Q4: nhiệt l-ợng tổn thất do toả nhiệt ra môi tr-ờng xung quanh

từ kết cấu của lò, kJ/h

 Qvao: nhiệt l-ợng của khói từ lò nung sang lò sấy, kJ/h

Qvao = L1.C1000.t1000 , kJ/h

– L1: Lưu lượng khúi từ lũ nung sang lũ sấy, m3/h – C1000: tỉ nhiệt của khúi, kJ/kg.độ

– t1000 = 1000oC: nhiệt độ khúi của lũ nung sang lũ sấy

2.3.1 Tính toán l-ợng nhiệt hữu ích của quá trình sấy

Nhiệt l-ợng hữu ích của quá trình sấy đ-ợc xác định theo công thức:

Q1 = W.ihn , kJ/h

Trong đó:

- W: l-ợng ẩm bốc hơi trong quá trình sấy, W = 348 kg/h

- ihn: entanpi của hơi n-ớc ra khỏi lò sấy, ihn = r + Chn.t1000

Trong đó:

 r = 2493 kJ/kg: nhiệt ẩn hoá hơi của n-ớc

 Chn = 1,97 kJ/kgoK: nhiệt dung riêng của hơi n-ớc

 t1000 = 1000oC: nhiệt hoỏ hơi của nước

Khi đó: ihn = 2493 + 1,97.1000 = 4463 kJ/kg

Vậy Q1 = 348.4463 = 1553124 kJ/h

2.3.2 Tính nhiệt l-ợng tổn thất do khói mang ra khỏi lò sấy

Nhiệt l-ợng tổn thất do khói mang ra khỏi lò sấy đ-ợc xác định theo công thức sau:

Q2 = L2.C38.(t38 – tN) , kJ/h

- L2 :l-ợng khói thải ra khỏi lò sấy , m3/h

- C38 : tỉ nhiệt của khói khi ra khỏi lò sấy, kJ/kg.oC

- t38 = 38oC: nhiệt độ của khói khi ra khỏi lò sấy, oC

- tN: nhiệt độ khụng khớ bờn ngoài, oC

 Mựa đụng: Q2

D

= 1,357.(38 – 16,7).L2 = 28,9.L2 kJ/h  Mựa hố: Q2

H

= 1,526.(38 – 28,2).L2 = 14,95.L2 kJ/h

2.3.3 Tớnh lượng nhiệt do vật liệu mang ra khỏi lũ sấy

Nhiệt lượng tổn thất do vật liệu mang ra khỏi lũ sấy được xỏc định theo cụng thức:

Q3 = G2.Cgạch.(tgạch – tN) , kJ/h

Trong đú:

- G2 = 4374 kg/h: Lượng vật liệu mang ra khỏi hầm sấy

- Cgạch: nhiệt dung riờng của gạch sau khi sấy, kJ/kg.độ

- tgạch = 70oC : nhiệt độ của gạch mang ra lũ sấy, oC

- tN: nhiệt độ ngoài của nhà máy, oC

Nhiệt dung riờng của gạch được xỏc định theo cụng thức sau:

082 , 1 100

) 5 100 (

919 , 0 100

5 187 , 4 ) 100 ( 100

 Q3 = 4374.1,082.(tg – tN)

Về mựa đụng tN = 16,7oC Q3D = 4374.1,082.(70 – 16,7) = 252251 kJ/h

Về mựa hố tN = 28,2oC Q3

H

= 4374.1,082.(70 – 28,2) = 197826 kJ/h

2.3.4 Tớnh lượng nhiệt do tổn thất ra mụi trường xung quanh

Nhiệt lượng tổn thất ra mụi trường xung quanh được xỏc định như sau:

Q4 = 10%(Q1 + Q2 + Q3)

Về mựa đụng: Q4

D

= 0,1.(Q1 + Q2 + Q3

D ) = 0,1.( 1553124 + 28,9.L2 + 252251) = 180537,5 + 2,89.L2 kJ/h

Về mựa hố: Q4

H

= 0,1(Q1 + Q2 + Q3

H ) = 0,1.(1553124 + 14,95.L2 + 197826) = 175095 + 1,495.L2 kJ/h

2.3.5 Cõn bằng nhiệt

Vậy tổng nhiệt l-ợng cần thiết để sấy gạch bằng khói nóng là:

Qcan = Q1 + Q2 + Q3 + Q4

 Về mùa đông:

QcanD = Q1+Q2+Q3D+Q4D = 1553124 + 28,9L2 + 252251 + 180537,5 + 2,89L2 = 31,79L2 + 1985912,5 kJ/h

 Về mùa hè:

QcanH = Q1 + Q2 + Q3H + Q4H = 1553124+14,95L2 + 197826 + 175095 + 1,495L2 = 16,445L2 + 1926045 kJ/h

 Khi đó ta có ph-ơng trình cân bằng nhiệt cho lò sấy về 2 mùa là:

Giả sử trong quá trình sấy không có tổn thất hoặc thất thoát ra ngoài môi tr-ờng khi

đó ta có l-u l-ợng khói cấp vào L1 bằng l-u l-ợng khói thải ra L2

Ta có: L1 = L2 = L (1)

Qvao = QcanD

31,79L2 + 1985912,5 = 1,357.1000L1 (2)

Từ (1) và (2) ta có: L = L1 = L2 = 1499 m3/h

Qvao = QcanD

16,445L2 + 1926045 = 1,526.1000.L1 (3)

Từ (1) và (3) ta có: L = L1 = L2 = 1276 m3/h

Và l-u l-ợng khói của lò nung ở đk chuẩn (t = 0oC) là:

3600

347 535 , 12 3600

.





V B

3600

347 858 , 12 3600

.





V B

VËy l-u l-îng th¶i cña èng khãi 2 tõ lß sÊy và l-u l-îng của khãi tõ lß nung thải từ lò nung cả 2 mùa là:

 Mùa đông:

- Ống khói 1(từ lò sấy): Lok1 = 1499 m3/h = 0,42 m3/s

Lcok1 = 0,42.(273+38)/273 = 0,47 m3/s

- Ống khói 2(từ lò nung): Lcok2 = Lc – Lcok1 = 1,21 – 0,42 = 0,79 m3/s  Lok2 = Lcok2.(273+87)/273 = 1,04 m3/s

 Mùa hè:

- ỐNg khói 1: Lok1 = 1276 m3/h = 0,35 m3/s

 Ltok1 = 0,35.(273+38)/273 = 0,4 m3/s

- Ống khói 2: Lcok2 = Lc – Lcok1 = 1,24 – 0,35 = 0,89 m3/s

 Ltok2 = 0,89.(273+87)/273 = 1,17 m3/s

2.4 Tính toán lƣợng phát thải của từng ống khói của nhà máy

2.4.1 Tính toán lƣợng phát thải của ống khói 1 - từ lò sấy

a/ Về mùa đông

Bảng 2 – 3: bảng tính toán tải lƣợng phát thải của ống khói 1

Stt Đại lƣợng tính

Đơn vị

2

b/ Về mùa hè

Stt Đại lƣợng tính

Đơn vị

2