Đề tài: Thiết kế hệ thống xử lý khí thải nhà máy nhiệt điện 10000 M3/H, Nguyễn Ngọc Nhất - 0979075904 potx

Các nhà máy nhiệt điện đốt than tập trung chủ yếu ở miềnBắc như nhà máy nhiệt điện Phả Lại, Thái Bình, Hải Phòng, Uông Bí, Cẩm Phả,Ninh Bình…còn các nhà máy nhiệt điện tua bin khí được x

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ NGÀNH ĐIỆN ĐỐT THAN Ở VIỆT NAM I.1 Vấn đề năng lượng nói chung:

Năng lượng đóng vai trò hết sức quan trọng trong đời sống xã hội của chúng ta,

xã hội ngày càng phát triển thì nhu cầu sử dụng năng lượng ngày càng cao

Tiêu thụ năng lượng trên thế giới gia tăng liên tục, từ năm 1976 đến năm 2006tổng mức tiêu thụ năng lượng trên thê giới tăng từ khoảng 6 tỷ tấn đổi đổi ra dầu(TQD) lên đến 12 TQD Trong đó năng lượng hoá thạch chiếm 80 % tổng lượngnăng lượng nêu trên, năng lượng sinh khối chỉ chiếm khoảng 10 %, còn lại là 10 %năng lượng điện sơ cấp, nguồn năng lượng này được sản xuất gồm 55 % là nănglượng tái tạo mà chủ yếu là thuỷ điện, còn 45% là năng lượng hạt nhân Khoảng từnhững năm 2000, mức tiêu thụ năng lượng hoá thạch tăng trưởng ngày càng cao,

đặc biệt cùng với sự tăng trưởng kinh tế của các nước đang phát triển.[1]

 Tiềm năng năng lượng ở Việt Nam:

Việt Nam có tiềm năng lớn về các nguồn khoáng sản năng lượng và đang đượchuy động tích cực để phục vụ cho sự phát triển nền kinh tế xã hội

Việt Nam có mạng lưới sông ngòi dày đặc có độ dốc cao, là điều kiện tốt choviệc phát triển các công trình thủy điện phục vụ cung cấp điện cho sự phát triển củanền kinh tế quốc dân

Đến nay các nhà địa chất đã phát hiện và xác định được tiềm năng dầu khí ở các

bể trầm tích khoảng 4,3 tỷ tấn dầu quy đổi, trong đó trữ lượng là 1,2 tỷ tấn và trữlượng dầu khí có khả năng thương mại là 814,7 triệu tấn Tổng tài nguyên khoángsản than của bể than Quảng Ninh đạt trên 10 tỷ tấn, trong đó trữ lượng đạt hàng tỷtấn Than lignit ở dưới sâu đồng bằng sông Hồng với tiềm năng khoảng 200 tỷ tấn

là nguồn năng lượng lớn cho thế kỷ 21 Như vậy đây là nguồn nhiên liệu dồi dàocho sự phát triển của ngành nhiệt điện đốt than, đốt dầu và khí thiên nhiên Ưu thếcủa ngành phát triển năng lượng nhiệt điện là nguồn nhiên liệu ổn định hơn và chiphí đầu tư thấp hơn so với ngành thủy điện

Ngoài hai nguồn năng lượng truyền thống thì Việt Nam cũng đang có chươngtrình nghiên cứu sử dụng các nguồn năng lượng mới như: năng lượng mặt trời, địanhiệt, năng lượng gió, năng lượng sóng thủy triều, năng lượng sinh khối…

I.2 Hiện trạng và xu hướng phát triển nhiệt điện đốt than ở Việt Nam.

I.2.1 Hiện trạng ngành nhiệt điện ở Việt Nam

Nhu cầu về năng lượng điện ở Việt Nam hiện nay vẫn tiếp tục tăng từ14-16%/năm trong thời kỳ 2011-2015 và sau đó giảm dần xuống 11.15%/năm trong

thời kỳ 2016-2020 và 7.4-8.4%/năm cho giai đoạn 2021-2030 Vì vậy sản lượngđiện hàng năm cũng đang tăng mạnh, tuy nhiên vẫn chưa đáp ứng đủ nhu cầu sửdụng do nhiều lý do khách quan và chủ quan Tính đến năm 2011 sản lượng điệnsản xuất trung bình ngày đạt 285 triệu kWh, tính trung bình năm đạt hàng trăm tỉkWh Trong đó nhiệt điện đóng vai trò hết sức quan trọng chiếm khoảng 48-52%tổng sản lượng điện Nhìn chung hàng năm tốc độ tăng trưởng sản lượng điện đạt

từ 12-15% so với năm trước.[2]

Để đáp ứng được nhu cầu tiêu thụ điện, nhiệt điện đốt than đang được ưu tiênlựa chọn và phát triển vì nguồn nguyên liệu ổn định, chi phí xây dựng thấp và thờigian thi công nhanh hơn so với thủy điện Nguồn nguyên liệu chính trong sản xuấtnhiệt điện hiện nay là than, dầu và khí tự nhiên Theo tổng kết của tập đoàn thankhoáng sản Việt Nam, trữ lượng than của nước ta khoảng 10 tỉ tấn, trong đó đãthăm dò tìm kiếm 3,5 tỉ tấn chủ yếu là than atraxit, loại than này đang được khaithác với quy mô lớn và có khả năng đáp ứng đủ nhu cầu sử dụng than trong nước vàmột phần xuất khẩu Ngoài ra, trữ lượng than nâu ở Việt Nam cũng rất lớn nhưnghiện nay vẫn chưa khai thác được nhiều; theo Bộ Công Thương năm 2011 tổng sảnlượng dầu khai thác được khoảng 25 triệu tấn/năm, khí thiên nhiên đạt khoảng 9 tỷ

m3/năm…và sản lượng khai thác hàng năm đều tăng hơn so với năm trước từ 10% Đây là những loại nhiên liệu sẵn có ở Việt Nam, với các mỏ than lớn tập trungchủ yếu ở tỉnh Quảng Ninh, các mỏ dầu khí tập trung ở miền trung và miền nam.Chính vì vậy mà các nhà máy nhiệt điện cũng được phân bố một cách hợp lý dọctheo chiều dài đất nước Các nhà máy nhiệt điện đốt than tập trung chủ yếu ở miềnBắc như nhà máy nhiệt điện Phả Lại, Thái Bình, Hải Phòng, Uông Bí, Cẩm Phả,Ninh Bình…còn các nhà máy nhiệt điện tua bin khí được xây dựng ở miền trung vàmiền nam như nhà máy nhiệt điên Phú Mỹ, Vũng Áng, Nhơn Trạch, Duyên Hải 3…

2-I.2.2 Xu thế phát triển nhiệt điện đốt than ở Việt Nam

Khoáng sản than năng lượng ở Việt Nam được đánh giá có trữ lượng lớn (10 tỉtấn), đáp ứng được nhu cầu cho phát triển nhiệt điện đốt than đến khoảng năm 2025.Tuy nhiên do trình độ và điều kiện kinh tế của Việt Nam còn thấp nên trữ lượngthan phần lớn còn nằm sâu dưới lòng đất mà chưa khai thác được Phần có khả năngkhai thác thì cũng đã sắp cạn kiệt, chỉ đủ đáp ứng đến hết năm 2011 Vì vậy, để đápứng đủ nhu cầu sử dụng than trong nước, tập Đoàn điện lực Việt Nam đã chủtrương chính sách nhập khẩu than Bitum ở các nước láng giềng mà chủ yếu làIndonesia và Úc Than nhập khẩu này có thể đốt riêng biệt hoặc pha trộn với thantrong nước để tăng khả năng cháy của than trong nước Vấn đề ở đây là sẽ phải làm

sao bố trí địa điểm xây dựng nhà máy thật hợp lý, nhằm phân bổ, cân đối công suấtcác nhà máy nhiệt điện than giữa các vùng miền Cụ thể là đảm bảo tỷ lệ 50% côngsuất ở miền Nam, còn lại ở miền Bắc và miền Trung Qua đó mới hạn chế được việctruyền tải điện Bắc - Nam, giảm tổn thất, nâng cao chất lượng điện năng, đảm bảo

có nguồn cấp cho từng miền, khu vực Trong việc bố trí xây dựng nhà máy nhiệtđiện thì ưu tiên các nhà máy ở phía Bắc sử dụng nguồn than nội địa, còn các nhàmáy ở phía Nam thì sử dụng nguồn than nhập khẩu và dầu khí

Trong tương lai việc chuyển giao công nghệ và ứng dụng lò đốt tầng sôi tuầnhoàn cho các nhà máy nhiệt điện than cũng được thực hiện vì công nghệ này ít gây

ô nhiểm môi trường hơn và hiện được nhiều nước trên thế giới ứng dụng

Dự kiến đến năm 2020 tỉ trọng nhiệt điện than chiếm khoảng 48,6% tổng sảnlượng điện của cả nước và đến năm 2030 thì sản lượng nhiệt điện than đạt khoảng

52% tổng sản lượng điện của cả nước.[2]

Bên cạnh việc gia tăng phát triển các nhà máy nhiệt điện thì vấn đề bảo vệ môitrường cũng được quan tâm trong trong quá trình đầu tư, lựa chọn công nghệ, lựachọn nguyên liệu

I.3 Vấn đề môi trường do nhà máy nhiệt điện gây ra

I.3.1 Các đặc trưng của chất thải nhà máy nhiệt điện đốt than:

Đặc trưng chất thải nhà máy nhiệt điện đốt than chủ yếu phụ thuộc vào thànhphần và tính chất của nhiên liệu Nguồn nguyên liệu chính được sử dụng cho quátrình sản suất là than antraxit - loại than có hàm lượng tro cao, khi đốt tạo ra lượngkhói lớn nên chất thải nhà máy nhiệt điện có những đặc trưng chính sau:

 Thành phần khói thải:

- Khói thải được tạo ra chủ yếu từ quá trình đốt than ở trong lò hơi, với lưulượng rất lớn chủ yếu mang theo tro bụi và một số chất khí ô nhiễm như SO2, NOx,

CO, CO2, dioxin, furan, VOC, hơi thủy ngân …

- Ngoài ra còn có khí thải của các phương tiện giao thông đi lại trong nhà máy;các hợp chất hữu cơ bay hơi bị rò rỉ từ đường ống dẫn, thiết bị cũng như từ các quátrình ở trong nhà máy; bụi than trước quá trình đốt thường xuất hiện ở các cảngthan, cảng lật toa, kho chứa than, quá trình vận chuyển than về kho và vận chuyểnsản xuất…

 Nước thải: nhu cầu sử dụng nước của nhà máy nhiệt điện là rất lớn nên vấn

đề nước thải là không thể tránh khỏi, nước thải nhà máy nhiệt điện đốt than cónguồn gốc từ các quá trình khác nhau và mang những đặc trưng khác nhau:Nướclàm mát: được thải ra từ quá trình làm mát bình ngưng và các thiết bị phụ, thường

thì có nhiệt độ cao, thành phần và tính chất ít biến đổi so với nguồn nước ban đầu;Nước thải ô nhiễm dầu: do các sự cố rò rỉ dầu, quá trình rửa thiết bị có sử dụng dầu,rửa nồi hơi, các động cơ, nhà dầu, nước mưa chảy tràn… Nước thải chứa dầuthường có màng dầu nổi ở phía trên, nếu hàm lượng dầu lớn có màu đen; Nước xả

lò hơi: trong quá trình vận hành lò hơi, để tránh tình trạng đóng cặn lắng trong các

bộ quá nhiệt người ta thường bổ sung thêm các hóa chất chống đóng cặn, theo chu

kì thì thải rửa Loại nước nước thải này không thường xuyên và lưu lượng cũngkhông quá lớn, chất lượng nằm trong tiêu chuẩn xả thải; Nước thải tro xỉ: có lưulượng lớn, thường để thải 1 tấn tro xỉ phải tốn 4 m3 nước[3] Nước thải tro xỉ có độ

đục cao, hàm lượng cặn lớn, khả năng tiếp nhận oxi giảm Nếu không xử lý thì đây

là nguồn gây ô nhiễm nước đáng lo ngại; Nước thải sinh hoạt: với lượng công nhânlàm việc thường rất đông, nên vấn đề nước thải sinh hoạt cũng đáng quan tâm.Nước thải sinh hoạt thường có hàm lượng BOD, COD cao, độ màu độ đục cao, hàmlượng chất dinh dưỡng lớn…; Nước rửa thiết bị, rửa dầm nền thiết bị lọc bụi vànước mưa chảy tràn: có độ đục cao, chứa các ion kim loại, có chứa dầu mỡ, hàmlượng chất rắn lớn

 Chất thải rắn: Chất thải rắn nhà máy nhiệt điện chủ yếu là tro xỉ từ quá trìnhđốt nhiên liệu, thạch cao từ quá trình xử lý SO2, và một phần là chất thải rắn sinhhoạt, các thiết bị hư hỏng

- Than có hàm lượng tro cao (30,32%), trong đó có 10% là xỉ lò được thải ranhờ hệ thống tháo xỉ Phần còn lại là tro bay theo khói (90% hàm lượng tro) sẽ đượctách ra khỏi khối khí thải nhờ hệ thống lọc bụi Lượng tro xỉ này được thải theo hệ

thống kín và đưa ra một hồ chứa tập trung riêng biệt.[3]

- Do quá trình xử lý SO2, người ta thường sử dụng phương phấp hấp thụ bằngdung dịch sữa vôi, nên sau hệ thống xử lý SO2 có tạo ra một lượng lớn thạch cao

- Quá trình sinh hoạt làm việc của cán bộ công nhân viên trong nhà máy cũngphát sinh thêm lượng chất thải rắn như: bao bì, thức ăn thừa, giấy, nhựa và một sốchất thải từ các trang thiết bị bị hư hỏng

 Vi khí hậu:

- Nhiệt: các quá trình hoạt động với công suất lớn, đặc biệt là lò hơi đã toả ramột lượng nhiệt đáng kể làm cho môi trường không khí xung quanh nóng lên, gâyảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe của người lao động

- Tiếng ồn: các thiết bị điều hoạt động với công suất lớn, tiếng ồn luôn ở mứcquá giới hạn cho phép Nếu người lao động không có những thiết bị bảo hộ laođộng thì rất dễ bị bệnh nghề nghiệp do tiếng ồn gây ra như: nặng tay, viêm màng

nhĩ, điếc nghề nghiệp Các nguồn chính phát ra tiếng ồn là: máy nghiền than, bộlọc bụi tĩnh điện, máy phát điện

I.3.2 Các tác hại của khí thải nhà máy nhiệt điện đốt than:

 Tác hại của tro, bụi: [4]

- Tác hại đầu tiên cần phải nói đến là ảnh hưởng đến sức khỏe con người: trẻ

em, người già và những người mắc bệnh về hô hấp là dể bị ảnh hưởng nhiều nhất.Các hạt bụi có kích thước nhỏ hơn 10 µm có thể đi vào tận phế nang gây viêmnhiểm phế quản, hạt nhỏ hơn 2,5 µm có thể đi vào tận màng phổi và đọng lại trong

lá phổi gây viêm phổi, sơ hóa phổi, nếu nồng độ cao và kéo dài có thể dẩn đến ungthư phổi.Một số bệnh ở con người do bụi gây ra: đối với hệ hô hấp:viêm mũi, viêmphế quản, hen suyễn, viêm phổi, ung thư phổi; đối với hệ tiêu hóa: giảm men rănggây sâu răng, gây rối loạn tuyến nước bọt, rối loạn hệ tiêu hóa, viêm dạ dày, viêmnhiểm đường ruột làm giảm khả năng tiêu hóa và hấp thụ chất dinh dưỡng; đối vớida: tác động đến tuyến nhờn ở da làm khô da, kích thích gây dị ứng da, viêm da,sinh mụn trứng cá, mụn nhọt, lở loét da; đối với mắt: khi bụi tiếp xúc trực tiếp vớimắt sẽ kích thích đến màng tiếp hợp gây sưng đỏ, chảy nước mắt nếu tình trạng nàykéo dài có thể làm tổn thương màng tiếp hợp gây viêm mi mắt, viêm giác mạc, giảmthị lực, nặng hơn có thể làm mù mắt

- Bụi còn gây tác hại đến hệ sinh thái, ảnh hưởng đến mùa màng: khi bụi lắngđọng trên bề mặt lá cây, nếu không có nước mưa để rửa sạch thì ngăn cản quá trìnhquang hợp và trao đổi chất của cây làm cây cối chậm phát triển, hệ sinh thái bị tổnhại nặng nề và năng suất cây trồng giảm sút

- Khi bụi phát tán ra môi trường làm giảm độ trong suốt của khí quyển, cản trởtầm nhìn, hư hỏng thiết bị, giảm tuổi thọ của công trình, làm mất giá trị mỹ quan

 Tác hại của SO 2 : [5], [6]

- Khí SO2, SO3 gọi chung là SOx là những khí độc hại không chỉ với sức khỏecon người, động thực vật mà còn tác động lên các vật liệu xây dựng, các công trìnhkiến trúc Chúng là những chất có tính kích thích, ở nồng độ nhất định có thể gây cogiật cơ trơn của khí quản Ở nồng độ lớn hơn sẽ gây tăng tiết dịch niêm mạc đườngkhí quản gây viêm khí quản, khi tiếp xúc với mắt có thể tạo thành axit gây tổn hạiđến thị lực

- SOx có thể xâm nhập vào cơ thể người qua các cơ quan hô hấp hoặc cơ quantiêu hóa sau khi được hòa tan trong nước bọt, cuối cùng chúng có thể xâm nhập vào

hệ tuần hoàn Khi tiếp xúc với SOx có thể tạo ra các hạt axit nhỏ, các hạt này có thểxâm nhập vào các huyết mạch SOx có thể xâm nhập vào cơ thể người qua da và gây

các chuyển đổi hóa học, kết quả của nó là hàm lượng kiềm trong máu giảm,amoniac bị thoát qua đường tiểu và có ảnh hưởng đến tuyến nước bọt.

- SOxbị oxy hóa ngoài không khí và phản ứng với nước mưa tạo thành axit

H2SO4 hay các muối sulfate gây hiện tượng mưa axit, ảnh hưởng xấu đến sự pháttriển thực vật, ảnh hưởng đến hệ sinh thái, làm chua đất và là tác nhân gây ăn mònkim loại, bê tông và các công trình kiến trúc…

 Tác hại của NO 2 : [5], [6]

- NOx là khí có màu nâu đỏ có mùi gắt và cay, mùi của nó có thể phát hiệnđược vào khoảng 0.12 ppm NO2 là khí có tính kích thích mạnh đường hô hấp Nótác động đến hệ thần kinh và phá hủy mô tế bào phổi, làm chảy nước mũi, viêmhọng Khi NO2 với nồng độ 100ppm có thể gây tử vong cho người và động vật sau

ít phút Với nồng độ 5ppm có thể gây ảnh hưởng xấu đến đường hô hấp Con ngườitiếp xúc lâu với NO2 khoảng 0.06 ppm có thể gây các bệnh trầm trọng về phổi

- Một số thực vật nhạy cảm cũng bị tác hại bởi NO2 khi ở nồng độ khoảng 1ppm NO2 cũng là tác nhân gây ra hiệu ứng nhà kính

 Tác hại của CO [5] [6]

- Khí CO là loại khí không màu, không mùi không vị, tạo ra từ quá trình cháykhông hoàn toàn của nguyên liệu than Sức đề kháng của con người với CO rấtkém Những người mang thai và đau tim tiếp xúc với CO sẽ rất nguy hiểm vì ái lựccủa CO với hemoglobin cao hơn gấp 200 lần so với oxy, nên khi vào cơ thể sẽ lậptức phản ứng với hemoglobin, cản trở oxy từ máu đến các mô Vì vậy cần mộtlượng máu lớn hơn nhiều được bơm đến để mang cùng một lượng oxy cần thiết đếncác mô.Ở nồng độ khoảng 5ppm có thể gây đâu đầu chóng mặt Ở những nồng độ

từ 10-250 ppm có thể gây tổn hại đến hệ thống tim mạch thậm chí gây tử vong

- Rất nhiều nghiên cứu trên con người và động vật chứng tỏ rằng những ngườiyếu tim sẽ bị tăng thêm căng thẳng khi lượng CO trong máu vượt quá mức Đặc biệtcác nghiên cứu lâm sàng đã cho thấy khi tiếp xúc với CO ở mức cao thì nhữngngười hay bị đau thắt ngực sẽ tăng thời gian đau Những người khoẻ mạnh cũng bịảnh hưởng, nhưng chỉ khi tiếp xúc với CO cao sẽ dẫn đến khả năng suy giảm thịlực, năng lực làm việc, sự khéo léo, khả năng học tập và hiệu suất công việc

Với các tác hại của khí thải nhà máy nhiệt điện đốt than như đã trình bày thì yêucầu cấp bách cho chúng ta là phải có hệ thống xử lý khí thải hợp lý trước khi đưadòng khí vào môi trường

CHƯƠNG II: LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ CHO HỆ THỐNG XỬ LÝ KHÍ

THẢI II.1 Một số phương pháp xử lý khí thải thường được sử dụng:

II.1.1 Các phương pháp xử lý bụi:

1 Xử lý bụi theo phương pháp khô:

i) Buồng lắng:

Buồng lắng là một không gian dạng hình hộp chữ nhật có tiết diện ngang lớnhơn nhiều lần so với tiết diện của đường ống dẩn khí vào, nhằm giảm vận tốc dòngkhí xuống rất nhỏ khi đi vào buồng lắng Vì vậy, các hạt bụi có đủ thời gian lắngxuống đáy thiết bị dưới tác dụng của trọng lực và được giữ lại ở đó mà không bịdòng khói mang theo Buồng lắng được ứng dụng để lọc bụi thô, hạt bụi có kíchthước lớn hơn 50µm

Ưu điểm:

- Thiết bị có cấu tạo đơn giản, đầu tư thấp, có thể xây dựng bằng các vật liệu

dể kiếm như gạch, xi măng

- Chi phí vận hành, sửa chữa, bảo dưỡng thấp

- Lọc được hiệu suất cao các hạt bụi có kích thước lớn giảm quá tải cho cácthiết bị phía sau, tổn thất áp suất nhỏ

- Có khả năng làm việc trong dải nhiệt độ và áp suất rộng

Nhược điểm:

- Kích thước thiết bị cồng kềnh, chiếm nhiều diện tích

- Chỉ có thể lọc các hạt bụi có kích thước lớn hơn 50µm

ii) Thiết bị lọc bụi ly tâm:

Thiết bị lọc bụi ly tâm hay còn gọi là xiclon Có cấu tạo gồm thân hình trụ tròn,phía dưới thân hình trụ có phễu thu bụi và dưới cùng là ống thu bụi Không khímang bụi đi vào ở phần trên của thiết bị theo đường ống có phương tiếp tuyến vớithân hình trụ, vì vậy dòng khí vào chuyển động theo đường xoắn ốc từ trên xuống.Nhờ vào lực ly tâm mà các hạt bụi có xu hướng tiến về phía thành ống rồi va chạmvào đó, mất động năng và rơi xuống phễu hứng bụi Khi dòng khí chạm vào đáyphễu thì bị dội ngược lên nhưng vẫn giữ được chuyển động xoáy ốc và đi ra ngoàitheo đường ống thoát khí được lắp cùng trục với thân thiết bị

Để có được hiệu suất lọc bụi cao người ta thường bố trí hai hay nhiều xiclontheo kiểu mắc nối tiếp, song song hoặc theo kiểu chùm

Ưu diểm: Cấu tạo đơn giản, giá thành thấp, chi phí vận hành bảo dưỡng thấp, cókhả năng làm việc liên tục, có thể chế tạo bằng nhiều loại vật liệu khác nhau tùy vào

yêu cầu nhiệt độ áp suất.

Nhược điểm: Hiệu suất thấp đối với hạt bụi có kích thước nhỏ hơn 5µm; Dể bịmài mòn nếu bụi có độ cứng cao, Hiệu suất sẽ giảm nếu bụi có độ kết dính cao

iii) Thiết bị lọc bụi bằng vật liệu lọc:

Môi trường lọc hay còn gọi là vật liệu lọc hay lưới lọc Được cấu tạo từ mộthoặc nhiều lớp sợi mà mỗi sợi được xem là có tiết diện tròn nằm cách nhau từ 5-10lần so với kích thước của hạt bụi Khi dòng khí mang bụi đi qua lớp vật liệu lọc thìbụi bị giữ lại trên bề mặt lớp vật liệu sạch Sau một khoảng thời gian lớp vật liệu lọc

có sự thay đổi về mặt cấu trúc do bụi bám vào bên trong, do thay đổi độ ẩm hoặc là

do một lí do nào đó làm cho sức cản khí động và hiệu quả lọc bị thay đổi rõ rệt

iv) Thiết bị lắng bụi tĩnh điện:

Thiết bị có cấu tạo gồm một dây kim loại nhẵn, có tiết diện nhỏ, được căng theotrục của ống kim loại nhờ có đối trọng Dây kim loại được nạp dòng điện một chiều

có điện thế cao khoảng 50-100 = kV, còn gọi là cực âm hay cực ion hóa của thiết bị.Cực dương là ống kim loại được bao quanh cực âm và nối đất hay còn gọi là cựclắng Khi cấp điện thế cao vào cực âm thì tạo ra một điện trường mạnh bên trongống cực dương và khi dòng khí mang bụi đi qua các phân tử khí sẽ bị ion hóa vàtruyền điện tích âm cho các hạt bụi do tác dụng va chạm hoặc khếch tán ion Cáchạt bụi bị nhiểm điện âm sẽ di chuyển về cực dương (cực lắng) và đọng lại trên bềmặt bên trong của ống hình trụ, mất điện tích và rơi xuống phễu thu bụi

Ngoài ra còn có thiết bị lọc bụi tĩnh điện kiểu tấm, là loại thiết bị mà cực dương

là các tấm dạng bảng được đặt song song hai bên các cực âm

Ưu điểm:

- Có thể thu bụi với hiệu suất cao 99,5 % Lưu lượng khí thải lớn

- Có thể thu bụi có kích thước siêu nhỏ, dưới 1µm, và nồng độ bụi lớn 50 g/m3

- Có thể làm việc trong môi trường có nhiệt độ cao lên đến 5000c

- Làm việc trong phạm vi áp suất cao hoặc áp suất chân không

- Có khả năng tách bụi có độ ẩm cao, cả dạng lỏng hoặc rắn

Nhược điểm:

- Vì khá nhạy cảm nên khó khăn trong việc lọc bụi có nồng độ thay đổi lớn

- Chi phí chế tạo cao, vận hành, bảo dưỡng cao và phức tạp hơn các thiết bịkhác; dễ bị ăn mòn, hư hỏng trong điều kiện khí thải có chứa hơi axit hay chất ănmòn; Không thể lọc bụi mà khí thải có chứa các chất dể cháy nổ.có điện trở suấtquá cao

- Tốn nhiều không gian để đặt thiết bị

- Vì môi trường làm việc có điện thế và nhiệt độ cao nên có thể phát sinh cácchất gây ô nhiểm môi trường như NOx hay O3.

 Ưu nhược điểm của phương pháp tách bụi ướt:

Ưu điểm:

- Chi phí đầu tư ban đầu thấp

- Có thể xử lý đồng thời bụi và các khí ô nhiểm

- Có khả năng lọc được những hạt bụi có kích thước nhỏ, hiệu suất lọc bụi caohơn phương pháp khô

- Không có hiện tượng bụi quay lại

- Có khả năng làm việc với khí thải có nhiệt độ cao

Nhược điểm:

- Chi phí vận hành cao, tiêu tốn nhiều năng lượng

- Thiết bị dể bị ăn mòn, phát sinh nhiều bùn thải

II.1.2 Các phương pháp xử lý khí SO 2 [7]

1 Xử lý SO 2 bằng phương pháp hấp thụ:

a Hấp thụ SO 2 bằng đá vôi, vôi nung CaO hoặc sữa vôi (Ca(OH) 2 )

Xử lý SO2 bằng vôi là phương pháp này được áp dụng rất rộng rãi trong côngnghiệp vì hiệu quả xử lý cao, nguyên liệu rẻ tiền và có sẵn ở mọi nơi

Trong tháp hấp thụ, dòng khí thải mang khí SO2 đi từ dưới lên trên qua bộ phậnphân phối khí, dòng dung dịch hấp thụ đi từ trên xuống qua hệ thống giàn phun Khi

SO2 tiếp xúc với dung dịch hấp thụ thì xảy ra quá trình hấp thụ SO2 tạo thành thạchcao, dòng khí sạch qua bộ khử ẩm rồi đi ra ngoài, còn dung dịch sau hấp thụ đượctrộn với dung dịch hấp thụ mới và tiếp tục được sử dụng đến khi nồng độ thạch cao

trong dung dịch trên 60 % [16] thì được tháo ra nhờ hệ thống tách thạch cao.

Các phản ứng hóa học xảy ra trong quá trình xử lý như sau:

Nguyên liệu vôi được sử dụng một cách hoàn toàn, cụ thể là cặn bùn từ hệ thống

xử lý thải ra có thể được sử dụng làm chất kết dính trong xây dựng sau khi chuyểnsunfit thành sunfat trong lò nung

Ưu điểm:

- Công nghệ đơn giản, chi phí đầu tư ban đầu không lớn, có thể chế tạo thiết bịbằng vật liệu thông thường, không cần đến vật liệu chống axit và không chiếmnhiều diện tích xây dựng

- Hiệu quả xử lý cao, tiêu tốn chất hấp thụ ít và điện năng tiêu thụ thấp

- Độ tin cậy và giá trị lợi ích cao, sản phẩm phụ có độ ổn định cao

b Hấp thụ SO 2 bằng MgO hoặc ZnO:

Về khả năng sử dụng sữa MgO (ZnO) để khử SO2 khói thải đã được biết từ lâu,nhưng nghiên cứu ứng dụng trong công nhgiệp mới được thực hiện gần đây chủ yếu

là do các nhà khoa học công nghệ của Liên Xô cũ

SO2 được hấp thụ bởi oxit –hydroxit magiê, tạo thành tinh thể ngậm nước sunfitmagiê Trong thiết bị hấp thụ xảy ra các phản ứng sau:

MgO + SO2 = MgSO3

MgO + H2O = Mg(OH)2

MgSO3 + H2O + SO2 = Mg(HSO3)2

Mg(OH)2 + Mg( HSO3)2 = 2MgSO3 + 2H2O

Độ hòa tan của sunfit magiê trong nước bị giới hạn, nên lượng dư ở dạngMgSO3.6H2O và MgSO3.3H2O rơi xuống thành cặn lắng Tỉ lệ rắn: lỏng trong huyềnphù là 1:10 Độ pH ở đầu vào là 6,8 – 7,5; còn ở đầu ra là 5,5 – 6,0

Sunfat magiê được hình thành do oxit hóa sunfit magiê: MgSO3 + O2 MgSO4

SO2 thoát ra là 7-15% được làm nguội, tách bụi và sương mù axit sunfuric dùng

để sản xuất axit sunfuric

Ưu điểm:

- Có thể làm sạch khí nóng mà không cần làm lạnh sơ bộ

- Thu được axit sunfuric, hiệu quả làm sạch cao

Nhược điểm:

- Quy trình công nghệ phức tạp.

- Không phân giải hoàn toàn sulfat khi nung.

- Tổn hao MgO khá nhiều.

c Xử lý SO 2 bằng các chất hấp thụ hữu cơ:

Xử lí khí SO2 trong khí thải bằng các chất hấp thụ hữu cơ được áp dụng nhiềutrong công nghiệp luyện kim màu Chất hấp thụ khí SO2 được sử dụng phổ biến làcác amin thơm như anilin C6H5NH2, toluđin CH3C6H4NH2, xyliđin (CH3)2C6H3NH2,

và đimety-anilin C6H5N(CH3)2

Quá trình xử lí theo phương pháp trên là quá trình sunfidin: Quá trình này đượccác hãng công nghiệp hóa chất và luyện kim của Đức nghiên cứu và áp dụng ở nhàmáy luyện kim Hamburg để khử SO2 trong khói thải của lò thổi luyện đồng Nồng

độ của khí trong khói thải dao động trong phạm vi 0,5 ÷ 8%, trung bình là3,6%.Chất hấp thụ là hỗn hợp xylidin và nước tỉ lệ ≈ 1:1

Quá trình khử SO2 bằng dimetylanilin – Quá trình ASARCO: quá trình này đượcnghiên cứu và áp dụng ở nhiều các nhà máy luyện kim

2 Xử lý SO 2 bằng phương pháp hấp phụ thể rắn:

Thực chất của phương pháp này là sử dụng các chất hấp phụ thể rắn có khả nănghấp phụ SO2 đưa vào trong thiết bị phản ứng Khi SO2 đi qua lớp chất hấp thụ ở mộtđiều kiện nhất định sẽ bị giữ lại trong đó, dòng khí sạch đi ra ngoài, chất hấp phụđược hoàn nguyên bởi những phương pháp khác nhau Một số chất hấp phụ thể rắnthường được sử dụng: than hoạt tính, than hoạt tính có tưới nước,nhôm oxit kiềmhóa, mangan oxit, bằng vôi và dolomit trộn với than nghiền…

II.1.3 Các phương pháp xử lý khí NO x

1 Khử xúc tác chọn lọc với chất khử là ammoniac:( SCR)

Ammoniac là chất khử có khả năng phản ứng chọn lọc với NO và NO2 ở nhiệt

độ cao >232 0c Quá trình khử được thực hiện trên bề mặt xúc tác tạo thành Nito vànước theo các phản ứng sau:

Khi có mặt của oxy:

4NO + 4NH3 + O2 → 4N2 + 6H2O2NO2 + 4NH3 + O2 → 3N2 + 6H2OPhản ứng phụ không mong muốn:

4NH3 + 5O2 → 4NO + 6H2OKhi không có mặt của oxy:

6NO + 4NH3 → 5N2 + 6H2O6NO2 + 8NH3 → 7N2 + 12H2O

Một số nhóm xúc tác thường được dùng cho quá trình này bao gồm:

- Nhóm xúc tác kim loại quý: platin Pt, Rodi, Pt-Ro, Pt/Al2O3 , nhiệt độ làmviệc từ 200-300 0C

- Nhóm xúc tác oxit kim loại: Fe2O3/Cr2O3, V2O5/ TiO2…Nhiệt độ làm việc từ300-450 0C

- Nhóm xúc tác Zeolite, nhiệt độ làm việc 300-600 0C

Ưu điểm: hiệu quả xử lý cao

Nhược điểm: cần phải gia nhiệt dòng khí trước khi đưa vào hệ thống xử lý

Ưu điểm: Hiệu suất khử NOx cao, có thể đạt 80-90%

Nhược điểm: Chủ yếu được áp dụng với dòng khói thải có nồng độ oxy thấp.Cácchất xúc tác trên dể bị ngộ độc bởi SO2, kẽm và phốt pho có trong khí thải của quátrình đốt

3 Khử chọn lọc không có xúc tác:

Phương pháp này cũng dựa trên phản ứng chọn lọc của NH3 với NO và NO2,giống như khử xúc tác chọn lọc nhưng nhiệt độ để xảy ra các phản ứng cao hơn(khoảng 900- 1000 0C) Tác nhân khử được sử dụng là NH3 hoặc Ure, quá trình khửdiễn ra chậm Ở nhiệt độ cao hơn, hầu hết NH3 được chuyển hóa thành NO: NH3

cho phép Việc lựa chọn các thiết bị cho hệ thống xử lý phụ thuộc vào đặc tính củadòng thải, phụ thuộc vào điều kiện kinh tế kĩ thuật ở mỗi địa phương mỗi quốc gia,đồng thời phải đạt hiệu suất xử lý theo yêu cầu

Vì dòng khí thải có nồng độ bụi khá cao nên việc xử lý bụi trước khi thải ra môitrường là một vấn đề cần cân nhắc trong quy hoạch xây dựng nhà máy nhiệt điện,mặc khác khí thải có lưu lượng lớn và độ ẩm của khí thải thường thấp nên sử dụngphương pháp khô để xử lý vừa đảm bảo an toàn cho thiết bị vừa không phát sinhlượng lớn nước thải phía sau Đối với khí thải nhà máy nhiệt điện thì yêu cầu thiết

bị xử lý bụi phải có khả năng làm việc với lưu lượng khí thải lớn, nồng độ bụi rấtcao và quan trọng nhất là hiệu suất xử lý phải đạt yêu cầu Sau khi so sánh ưunhược điểm và khả năng lọc bụi của các thiết bị thấy rằng bộ lắng bụi tĩnh điện cókhả năng đáp ứng được các yêu cầu nhiều nhất Vì vậy chọn bộ lắng bụi tĩnh điện(ESP) để xử lý bụi là hợp lý nhất

Đối với SO2, trong các phương pháp xử lý được trình bày ở phần II.1.2 thìphương pháp hấp thụ SO2 bằng dung dịch đá vôi, với tháp hấp thụ là tháp rữa khírỗng là phù hợp với điều kiện kinh tế kĩ thuật nước ta Ở nước ta các nhà máy nhiệtđiện đốt than có sử dụng hệ thống xử lý SO2 đều sử dụng phương pháp này, đây làđiều kiện thuận lợi để người cán bộ kĩ thuật, vận hành cũng như người chế tạo thiết

bị dễ dàng trao đổi kinh nghiệm Tháp rữa khí rỗng có cấu tạo đơn giản, dễ chế tạo,chi phí xây dựng hệ thống không cao Vật liệu hấp thụ - đá vôi - là nguồn vật liệu cósẵn ở Việt Nam, dễ kiếm rẻ tiền, đồng thời quá trình xử lý cũng ít tiêu tốn vật liệu

mà hiệu suất xử lý thì khá cao Vì vậy để xử lý khí thải của nhà máy nhiệt điện đốtthan với lưu lượng 10000 m3/h thì em cũng chọn phương pháp hấp thụ bằng dungdịch đá vôi với tháp hấp thụ là tháp rửa khí rỗng

Để xử lý NOx, hiện nay người ta thường sử dụng phương pháp khử xúc tác cóchọn lọc với chất khử là NH3 và xúc tác là V2O5, nhiệt độ làm việc khoảng 300 –

450 oC Đây là phương pháp có hiệu suất xử lý cao, nhiệt độ làm việc so với cácphương pháp khử khác thì thấp hơn nhiều

Quạt ly tâm

Ống khói

Tháp hấp thụ SO2

Thuyết minh sơ đồ làm việc của hệ thống:

Dòng khí thải sau khi qua khỏi bộ quá nhiệt thì nhiệt độ vẫn còn cao nên ta phảicho hạ nhiệt độ của dòng khí trước khi đi vào bộ lắng tĩnh điện nhằm giảm lưulượng khí thải vào thiết bị nên có thể giảm được kích thước thiết bị và kích thướcđường ống dẫn Chất tải nhiệt có thể dùng là nước, vì vừa rẻ tiền lại có sẵn trong hệthống cấp nước của nhà máy Nước nóng sau khi tải nhiệt có thể cấp cho lò hơi, mộtphần cung cấp nước nóng cho việc tắm rữa, sinh hoạt của cán bộ trong nhà máy.Khói thải sau khi đi qua các bộ trao đổi nhiệt để tận dụng nguồn nhiệt thì đượcđưa vào bộ lắng bụi tĩnh điện để xử lý bụi Khi dòng khí mang bụi đi vào thiết bị,nhờ có điện trường mạnh các phân tử khí sẽ bị ion hóa và nhiểm điện âm và dichuyển về các điện cực lắng Trên đường di chuyển các phân tử khí truyền điện tích

âm cho các hạt bụi do tác dụng va chạm hoặc khếch tán ion Các hạt bụi nhiễm điện

âm sẽ di chuyển về cực lắng và đọng lại trên bề mặt của điện cực, sau một khoảngthời gian nào đó, các tấm bụi được giũ ra nhờ hệ thống rung, gõ Dòng khí sạch bụi

đi ra ngoài và được đưa vào thiết bị khử NOx.

Dòng khí mang NOx đi vào thiết bị khử xúc tác chọn lọc với chất khử được sửdụng là amniac và xúc tác là V2O5 Ở nhiệt độ cao hơn 300 0C NH3 có khả năngphản ứng chọn lọc với NO và NO2 Quá trình khử được thực hiện trên bề mặt xúctác V2O5 tạo thành Nitơ và nước

Sau khi xử lý NOx, nhiệt độ dòng khí vẫn còn cao và dòng khí vẫn còn chứa SO2.

Như ta đã biết quá trình hấp thụ SO2 xảy ra ở nhiệt độ thấp Do vậy trước khi đi vàotháp hấp thụ ta cho dòng khói đi qua bộ trao đổi nhiệt ống chùm, để sấy nóng khôngkhí cung cấp cho buồng đốt Dòng khí sau khi qua thiết bị trao đổi nhiệt ống chùmđược đưa đến tháp hấp thụ SO2

Trong tháp hấp thụ, dòng khí đi từ dưới lên dung dịch sữa vôi được phun từ trênxuống nhờ hệ thống giàn phun Khí SO2 tiếp xúc với Ca(OH)2 xảy ra phản ứng màsản phẩm tạo thành là bùn thạch cao Bùn thạch cao theo dòng lỏng đi xuống đáytháp và được tháo ra theo định kì Khí sạch lên trên qua bộ khử ẩm (để tách nước vàbùn còn dính trong khí) rồi ra ngoài qua ống khói nhờ quạt khói

Ống khói có nhiệm vụ vận chuyển dòng khí thải ra môi trường ở một độ caonhất định, đảm bảo các chất ô nhiểm còn lại không gây tác hại đến môi trườngkhông khí xung quanh

CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ KHÍ THẢI

III.1 Các Thông Số Thiết Kế:

III.1.1 Các thông số đầu vào:

Theo yêu cầu thiết kế của đồ án tốt nghiệp thì các thông số đầu vào của hệ thốngnhư sau:

- Lưu lượng khí thải: 10000 Nm3/h;

- Nhiệt độ khí thải: t = 600oC;

- Nồng độ bụi vào: Cv = 38600 mg/Nm3;

- Nồng độ SO2: 1200 mg/Nm3;

- Nồng độ NOx: 4000 mg/Nm3

Ở đây Nm3 là mét khối khí thải ở điều kiện chuẩn (t= 0oC và áp suất p = 1 at)

III.1.2 Các thông số đầu ra:

Theo QCVN 22:2009/ BTNMT- Quy Chuẩn Kỹ Thuật Quốc Gia Về Khí ThảiCông Nghiệp Nhiệt Điện thì nồng độ tối đa cho phép của các thông số ô nhiểmtrong khí thải công nghiệp nhiệt điện được xác định như sau:

Cmax = C.Kp.Kv

Với: Cmax: là nồng độ tối đa cho phép của các thông số ô nhiểm trong khí thảicông nghiệp nhiệt điện, mg/Nm3;C: nồng độ của các thông số ô nhiểm trong khí thảicông nghiệp nhiệt điện được thể hiện trong sau:

Bảng III.1: Nồng độ C của các thông số ô nhiễm trong khí thải công nghiệp nhiệt điện.

Đối với các tổ máy của nhà máy nhiệt điện hoạt động kể từ ngày 17/10/2005 thì

áp dụng quy chuẩn theo cột B

- Kp: là hệ số công suất, với lưu lượng khói thải 10000 Nm3/h, thì công suấtthiết kế của nhà máy nhiệt điện < 300 MW Nên chọn Kp = 1;

- Kv: hệ số vùng, khu vực hoạt động Với công suất thiết kế nhỏ, ta chọn vùnghoạt động thuộc loại 3, phục vụ cho khu công nghiệp Theo bảng 3 của QCVN22:2009/BTNMT thì Kv =1.

Giả thiết hàm lượng NOx có trong khí thải chỉ gồm có NO và NO2, và NO2 chỉchiếm 7% hàm lượng NOx Khi đó phân tử lượng trung bình của NOx sẽ là:

MNOx= 0,07.MNO2 + 0,93.MNO = 0,07.46 + 0,93 30 = 31 (đvc)

Theo quy chuẩn cột B, hàm lượng NOx tính theo NO2 là 1000 mg/Nm3 tươngđương với hàm lượng NOx trung bình là: 1000*31/46 = 676 (mg/Nm3) Như vậy cácthông số đầu ra được tóm tắc trong bảng sau:

Bảng III.2 Các thông số đầu ra của hệ thống đạt quy chuẩn thải

Stt Thông số Nồng độ (mg/Nm3)

III.2 Tính Bộ Trao Đổi Nhiệt:

Khí thải sau khi ra khỏi bộ quá nhiệt của lò hơi thường có nhiệt độ cao khoảng

600oC, vì vậy cần tận dụng nguồn nhiệt này để hâm một lượng nước trước khi cấpcho bao hơi, một phần cung cấp cho sinh hoạt của cán bộ công nhân nhà máy

Ta chọn thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống xoắn gồm nhiều đoạn thẳng đặt songsong thẳng đứng được nối với nhau bởi các co, môi chất lạnh là nước đi trong ống,khói nóng đi cắt ngang bên ngoài ống Chọn nhiệt độ nước vào là t2’ = 25oC, nhiệt

độ nước ra t2’’ = 85 oC, nhiêt độ khí vào t1’= 600oC, khí ra t1’’= 370oC Vì thiết bịlàm việc ở nhiệt độ cao, nên ta chọn ống trao đổi nhiệt làm bằng thép Crom-

Mangan có hệ số dẫn nhiệt λ = 22 W/m.K [8], kích thước ống là d2/d1 = 36/32 mm

t2’’ 1 t2’

t1’→ → t1’’

2

Hình 3.1 Bộ trao đổi nhiệt

1 – kênh dẫn khí; 2 - ống trao đổi nhiệt, dẫn chất lỏng.

Với nhiệt độ khí thải ở 600 oC, tra bảng 5 [8] ta được các thông số sau:

- Khối lượng riêng của khói ở 600oc: ρ600 = 0,405kg/m3

- Nhiệt dung riêng đẳng áp: C1p = 1214 J/kg.độ

Lưu lượng khí thải ở 6000C:

Với: G2: lưu lượng nước cần sử dụng, kg/s

C2p: nhiệt dung riêng đẳng áp của nước tại nhiệt độ t2, J/kg.độ

Theo phương trình cân bằng nhiệt lượng ta có:

- Lưu lượng khí thải: G1 = 3,6 kg/s

- Nhiệt độ khói vào: t1’ = 6000C

- Nhiệt độ khí ra: t1” = 3700C

- Lưu lượng nước cần thiết: G2 = 3,8 kg/s

- Nhiệt độ nước vào: t2’ = 25oC

- Nhiệt độ nước ra: chọn t2” = 85oC

 Xác định hệ số tỏa nhiệt đối lưu của nước:

Nhiệt độ trung bình của nước trong bộ hâm nước: t2 = 55 oC

Với nhiệt độ trung bình của nước bằng 55 oC, dựa vào bảng 7 –[8], ta có các

thông số vật lý của nước như sau:

 Khối lượng riêng của nước: ρ2 =985,65 kg/m3

 Độ nhớt động lực: μ2 = 564,4*10-8 Ns/m2

Chuẩn số Raynol của dòng lỏng:

Re2 =ω2∗d1

ѵ = 0,6∗0,032

5,17∗10−7 = 37137,3 > 1*104

Vì Re2 = 37137 > 1*104 nên dòng chất lỏng chuyển động trong ống theo chế độ

chảy rối Nên chuẩn số Nuyxen được xác định theo công thức [9]:

Nu2 = 0,021ε*Re20,8*Pr20,43*(Pr Pr

t)0,25

Trong đó:

Re2 chuẩn số Raynol của nước

Pr2 : chuẩn số Pran, ở đây hệ số tỏa nhiệt đối lưu của nước α2 lớn hơn nhiều

so với hệ số tỏa nhiệt của khói α1 nên nhiệt độ mặt trong của ống gần như bằngnhiệt độ trung bình của nước t2 vì vậy ta có thể coi (Pr Pr2

 Xác định hệ số tỏa nhiệt đối lưu của khói thải:

Khói thải chuyển động bên ngoài ống dẩn chất lỏng, từ trên xuống dưới Vì yêucầu giảm nhiệt độ dòng khói từ 600oC xuống 370oC nên ta xem nhiệt độ trung bìnhcủa khói trong thiết bị là t1 = 0,5(600+370) = 485oC Theo bảng 5- [8] ta có các

thông số vật lý của khói ở nhiệt độ trung bình 485oC như sau:

- Nhiệt dung riêng đẳng áp: C1p= 1180 J/kg.độ

- Khối lượng riêng: ρ1 = 0,4655 (kg/m3)

- Độ nhớt động : ѵ1 = 74,3*10-6 (m2/s)

- Hệ số dẫn nhiệt: λ1 = 6,4*10-2 (W/m.độ)

- Chuẩn số Pr1 : Pr1 = 0,631

Chuẩn số Raynol của khí: Re1 = ω1ѵ∗d2

1Trong đó

- ω1: vận tốc dòng khí, ω1 = 10-15 m/s, ta chọn ω1 = 10 m/s;

- d2: đường kính ngoài của ống trao đổi nhiệt, d2= 36 mm

→ Re1 = 10∗0,036

74,3∗10−6 = 4845

Vì Re1 = 4845 nằm trong khoảng 103-105, quá trình cấp nhiệt phụ thuộc nhiều

nguyên nhân Nên chuẩn số Nuyxen có thể xác định theo công thức 1.25 [8] đối với

chùm ống song song:

Nu1 = 0,26*Re10,65*Pr10,65*(Pr Pr1

t)0,25*εs

Trong đó:

Pr1: chuẩn số Pran của dòng khí tra theo nhiệt độ khí,

Prt: chuẩn số Pran của dòng khí tra theo nhiệt độ bề mặt ngoài của ống traođổi nhiệt Đối với dòng khí chuẩn số Pr ít thay đổi nên có thể xem (Pr Pr1

 Xác định hệ số tỏa nhiệt bức xạ của khói:

Vì khí thải có chứa CO2 và hơi nước H2O là khí có ba nguyên tử, nên có tỏa nhiệt

do bức xạ α1b và được xác định theo công thức: α1b = t q b

ε k+

1

ε w−1 là độ đen quydẩn; và εk độ đen của khói, εw độ đen của bề mặt thép

 Xác định độ đen của thép:

Vì thành ống trao đổi nhiệt mỏng và hệ số dẫn nhiệt của thép lớn, nên có thểxem nhiệt độ ở mặt trong và mặt ngoài của ống là bằng nhau và bằng nhiệt độ trungbình của vách ống thép, tw1 = tw2 = tw

Và lượng nhiệt trao đổi qua vách ống: q = α1.δtt1 = α2.δtt2; với δtt1, δtt2 độ chênhlệch nhiệt độ giữa khí và nước với thành ống Ta xem α1 = 1,05.α1d → α1 = 103,6(W/m2.0K); α2 = 3227 (W/m2.oK)

Nên ta có: δtt1 =α α2

1* δtt2 = 103,63227∗δ t2 = 31 δtt 2 (1)Mặc khác: δtt1 + δtt2 = ∆t = t1 – t2 = 485 – 55 = 430 0C

δtt1 = 430 - δtt2(2)

Từ (1) và (2) ta có: δtt2 = tw2 – t2 = 430: 32 = 13,44 0C

Vậy nhiệt độ bề mặt ống: tw1 = tw2 = tw = 55 + 13,44 ≈ 69 0C

Tra bảng 15 –[3] ta có độ đen của thép: εw = 0,96

 Xác định độ đen của khói:

Tra giản đồ hình 1-5 và 1-6 [8], ứng với nhiệt độ của khí 485oC và giá trị p*l ta

có độ đen của CO2 và hơi nước: εCO2 = 0,073 ;εH2O = 0,065

→εk = 0,073 + 0,065 = 0,138

 Độ đen quy dẩn: εqd =

110,138+

10,96−1

= 0,137

 Xác định hệ số truyền nhiệt qua ống:

Khi tính đến ảnh hưởng của cặn bám và bụi thì hệ số truyền nhiệt được xác địnhtheo công thức : k = φ.k0

Với: φ – hệ số bám bẩn bề mặt, đa số thiết bị có thể lấy φ = 0,65 – 0,85 Ta chọn

φ = 0,75; k0: hệ số truyền nhiệt của vách khi không có cặn bám dính Đối với ốngmỏng và d2/d1 = 36/32 <1,4 nên hệ số truyền nhiệt có thể tính theo công thức:

Hệ số tỏa nhiệt đối lưu của nước α2 = 3227 (W/m2.oK)

Hệ số tỏa nhiệt tổng hợp của khói: α1 = 104,6 (W/m2.oK)

Q – lượng nhiệt mà nước nhận được từ khói, Q = 964985 (W)

k – hệ số truyền nhiệt qua vách ống, k = 75,3 (W/m2.oK)

∆t – độ chênh lệch nhiệt đô trung bình có thể tính theo sơ đồ ngược chiều:

Vậy tổng diện tích trao đổi nhiệt:F= k ∆ Q

t

= 96498575,3∗424,3 = 30,3 (m2) ta chọn F = 31

dtb = 0,5(32+36) = 34 mm = 0,034 m:

F = 𝛑*dtb*l*n =>l= π∗d F

tb∗n=

313,14∗0,034∗8=36,28(m), ta chọn l = 37 mChiều ngang của thiết bị: b = n*s1 = 8*3*0,036 = 0,864 (m)

Giả sử ta chọn chiều cao của ống (kể cả phần co nối) h = 1 m

Số hàng ống: z= l

37

1 =37(hàng)Chiều dài của thiết bị (dọc theo chiều chuyển động của dòng khói):

a = z*s2 =37*2,2*0,036 = 2,93 (m)

 Chọn kích thước máng dẫn khí thải:

Chiều cao H = 1,2 m; Chiều rộng B = 0,9 m; Chiều dài L = 3 m

 Kiểm tra vận tốc khói trong thiết bị:

Tiết diện của thiết bị theo hướng vuông góc với chiều chuyển động của dòngkhói: A1 = B*H = 0,9*1,2 = 1,08 m2

Tiết diện của các ống: A2 = h*d2*n = 1*0,036*8 =0,288 (m2)

So với vận tốc dòng khí ban đầu ta chọn 10 m/s là có thể chấp nhận được

Bảng III.3 Kết quả tính toán bộ trao đổi nhiệt bằng nước

3 Tổng diện tích trao đổi nhiệt 31 m2

4 Kích thước ống trao đổi nhiệt 36/32 mm/mm

6 Chiều dài của một phần tử 37 m

III.3 Tính Toán Bộ Lắng Bụi Tĩnh Điện:

Sau khi được hạ nhiệt độ xuống 370oC, dòng khí được đưa qua bộ lắng bụi tĩnhđiện Tại đây hầu hết các hạt bụi được loại bỏ khỏi dòng khí nhờ vào khả năng lắngbụi của thiết bị là khá cao Ta chọn thiết bị lắng bụi có cực lắng kiểu tấm bảng, cáccực lắng và cực phóng được đặt song song và xen kẻ nhau Dòng khí thải chuyểnđộng ở giữa các điện cực

 Các thông số ban đầu:

Lưu lượng khí thải: Q = 10000 Nm3/h

Nhiệt độ khí thải vào: 370oC

 Xác định tiết diện ngang của thiết bị

Để đảm bảo hiệu suất làm việc của bộ lắng bụi tĩnh điện thì vận tốc dòng khí đitrong thiết bị thường nằm trong khoảng v = 0,5-1,5 (m/s) Ta chọn vận tốc dòng khí

đi trong thiết bị là v = 1 (m/s)

Như vậy, tiết diện ngang của thiết bị là: F = Q v

η = 1−exp ⁡(−ψωL

a v ) (CT 9.24 – [11])

Trong đó:

Ψ: hệ số tỉ lệ, hằng số đối với mọi mặt cắt bất kì, chọn ψ = 1

ω: vận tốc di chuyển của hạt bụi về phía cực lắng, m/s

L: Tổng chiều dài của tấm điện cực lắng, m

a: khoảng cách từ cực ion hóa đến cực lắng, a = 0,1 m

v: vận tốc trung bình của dòng khí đi giữa các tấm bản cực, v = 0,9914 m/s.Vận tốc lắng giới hạn của bụi: v gh=d∗ε0∗E2

ε: hằng số điện môi của bụi, đối với bụi rắn ε = 4-8, chọn ε = 5

E0: cường độ điện trường ion hóa, E0 = 3,8- 4 (Kv/cm), chọn E0 = 4 (kV/cm).µ: Độ nhớt động lực của khí ở nhiệt độ làm việc 370 0C, µ = 0,03*10-3 N.s/

∗(5+2) ∗2,5∗10

−6=0,0843 (m/s)Thay các giá trị vào công thức tính hiệu suất, ta có:

η = 1- exp(-(ψ∗ωL

a v ) )

0,995=1−e−(1∗0,0843∗l0,1∗0,9914)

=1−e−0,85∗l

→l = 6,23 m Vậy chọn chiều dài của tấm cực lắng là l = 6,3 m

Vì chiều dài của điện cực lắng quá lớn nên ta chia làm ba trường tĩnh điện riêngbiệt Mỗi trường có chiều dài bản cực lắng là 2,1 m

 Xác định các điện cực:

- Số lượng các điện cực lắng: nl = 2∗a b +1

Trong đó: nl : số lượng các điện cực lắng, điện cực

b : chiều rộng của thiết bị, m

2*a: khoảng cách giữa các điện cực lắng, m

Các điện cực trái dấu trong thiết bị lắng bụi tĩnh điện thường cách nhau mộtkhoảng 100, 150, 200 mm Chọn khoảng cách giữa các điện cực trái dấu là a = 100

mm, nên khoảng cách giữa các điện cực lắng là 2*a = 200 mm

→ nl = 0,22 +1 = 11 (điện cực)

- Diện tích bề mặt lắng của thiết bị:

F = 2*h*l*nl = 2*3,3*6,3*11 = 457,38 (m2)

- Số dãy điện cực phóng trên một trường: n = (nl-1) = 10 (dãy)

- Tổng số lượng điện cực phóng trên một trường: nf = (nl-1)*A z

Trong đó: nf : số lượng điện cực phóng trên một trường,

nl: số lượng điện cực lắng trên một trường, nl = 11

A : khoảng cách giữa hai điện cực ion hóa ngoài cùng theo chiều dichuyển của dòng khí trên một trường, A = 2,1 (m)

z: khoảng cách giữa hai điện cực ion hóa ở gần nhau, z = 0,2 (m)

A/z: số điện cực phóng trên một dãy, A/z = 10,5 điện cực Để thuận tiện choviệc bố trí các điện cực phóng trên một dãy, ta chọn số điện cực phóng trên mộtdãy là 10 (điện cực) Khi đó khoảng cách giữa hai điện cực ion hoá ngoài cùngtheo chiều di chuyển của dòng khói là A = 2 m

Với: ηi - hiệu suất lọc đối với cỡ hạt i, %

θi - thành phần phần trăm theo khối lượng của cỡ hạt i

→ η = (99,528*3,7+99,9999*4,3+100*1,9+270+300+380+660+1000+6270):100

= 99,98 %

Nồng độ bụi trong khói thải sau xử lý: 7,72 mg/ Nm3

 Hiệu điện thế tới hạn:

Cường độ tới hạn của điện trường:

E0=3,04∗(β +0,0311√R β)∗106, V/m (CT 9.31 [7])

Trong đó: R: bán kính dây điện cực ion hóa, chọn R = 0,0015 m;

β: tỉ số giữa khối lượng đơn vị của khí trong điều kiện làm việc và điềukiện chuẩn, (t = 00c; p = 1,013*105 N/m2)

β=

P kq+P k

1,013∗105∗(273+0)(273+ t)

(CT 9.32 – [7])

Với : pkq: áp suất khí quyển, N/m2;

Pk: áp suất (dư hoặc âm) tương đối của khí trong thiết bị lọc, N/m2 Vì ta bố tríquạt khói sau thiết bị khử NOx cách xa bộ lắng bụi tĩnh điện nên có thể bỏ qua tổnthất áp suất, pk = 0

t: nhiệt độ của khí, 0C

→ β=

1,013∗1051,013∗105∗273(273+370) =0,4246Vậy cường độ tới hạn của điện trường:

E0=3,04∗(0,4246+0,0311√0,00150,424 )∗106=2881447,6 (V/m) ≈ 2,9.106(V/m)Điện áp tới hạn:

U0=E0∗R1(πa

c −ln

2 π R1

c ) (CT 9.37 – [7])Trong đó: E0: cường độ tới hạn của điện trường mà tại đó bắt đầu xuất hiện sựphóng điện, E0 = 2,9.106 (V/m); R1: bán kính điện cực ion hóa, R1 = 0,0015 m; a:khoảng cách từ cực ion hóa đến cực lắng, a = 0,1 m; c: khoảng cách giữa các điệncực ion hóa trên cùng một dảy, c = 0,1 m

Vậy hiệu điện thế tới hạn là:

I0 = Z.U.(U-U0), (A/m) (CT 9.38 – [7])

Với U0: điện áp tới hạn, V;

U : điện áp vào cực (-) của thiết bị, chọn U = 50 kV;

Z : là hằng số phụ thuộc vào kiểu thiết bị Đối với thiết bị lắng bụi bằngđiện kiểu tấm thì:

𝛘- hệ số phụ thuộc vào vị trí tương đối của cực ion hóa và cực thu bụi

thuộc kiểu tấm bản Với a/c = 1 nên 𝛘 = 0,027 , (tr 198 – [8])

k: độ hoạt động của ion, nhận k = 2,1*10-4 (m2/V.s)

Z =

4 3,142.2,1 10−4.0,0279.109 0,152.(3,14.0,150,15 −ln

2.3,14 0,00150,15 ) = 1,87*10-13

Vậy cường độ dòng điện:

I0 = 1,87*10-13 *50000*(50000-25703,65) = 2,27*10-4 (A/m)= 0,227 (mA/m)

 Điện năng tiêu thụ:

Công suất tiêu thụ điện của thiết bị lắng bụi tĩnh điện khi không kể đến công

suất các thiết bị phụ được xác định theo công thức 9.42 – [7] như sau:

N= U m∗I tb∗k φ∗cosφ

1,41∗η e

Trong đó:

- Um : điện áp biên độ của dòng điện cấp, Um = 50 kV

- Itb: cường độ trung bình của dòng điện trong thiết bị, A

Itb = I0*H (9.43 – [5]), với I0 là cường độ đơn vị của dòng điện corona, I0 =2,27*10-4 A/m; H là tổng chiều dài của các cực ion hoá, H = 100 (điện cực)

* 3,3 (m) * 3 (trường) = 990 (m)

Nên Itb = 2,27*10-4*900 = 0,22473 (A)

- Kφ: hệ số dạng đường cong của dòng điện, kφ= 1,2 -1,5; chọn kφ= 1,2

- ηe: hiệu suất của thiết bị, chọn ηe = 0,8

- Cos φ: hệ số công suất, chọn Cos φ = 0,75.

- 1,41 là hệ số chuyển đổi từ giá trị điện áp biên độ sang giá trị điện áp hiệu

quả

Ta có công suất của thiết bị là:N=50∗0,22473∗1,2∗0,75

1,41∗0,8 =8,965 (kW)

 Tổn thất nhiệt:

Theo tài liệu vận hành thiết bị lọc bụi tĩnh điện của nhà máy nhiệt điện Phả Lạithì nhiệt độ dòng khí vào là 121 0C, nhiệt độ dòng khí ra là 116 0C Trong khoảngnhiệt độ thay đổi ít (5 0C), ta có thể xem lưu lượng và nhiệt dung riêng đẳng áp củadòng khí vào và dòng khí ra là bằng nhau Nên tổn thất nhiệt lượng qua thiết bị cóthể tính theo tổn thất nhiệt độ: Q tt=t v−t r

t v Q v=121−116

121 Q v=0,0413¿Q v

Như vậy lượng nhiệt tổn thất ở thiết bị này ta cũng lấy 4% so với lượng nhiệtdòng khí mang vào thiết bị

Nhiệt lượng vào: Qv = Gv*Cp,vào*tv (*)

Tại nhiệt độ khí thải 370 0C ta tra bảng 5 – [3] ta có các thông số:

Khối lượng riêng: ρ370= 0,554 (kg/m3)

Nhiệt dung riêng đẳng áp: Cp,vào,370= 1,142 (kJ/kg.độ)

Trong đẳng thức (*) ở trên thì:

- G: lưu lượng khối lượng của dòng khí vào, G= Q*ρ370= 6,54*0,554 = 3,623(kg/s)

- Cp: nhiệt dung riêng đẳng áp, Cp,370= 1,142 (kJ/kg.độ)

- tv: nhiệt độ dòng khí vào thiết bị, tv = 370 0C

 Chọn lại kích thước thiết bị:

Vỏ thiết bị cách các điện cực lắng 10 cm, phía trên có bố trí các thanh xà ngang

và các khung treo điện cực chiếm 20 cm, Bên dưới của thân thiết bị là các phểu thubụi, chọn chiều cao của phểu là 1,2 m Để thuận tiện trong việc thu bụi và vậnchuyển bụi, bố trí thân thiết bị cách mặt đất 2 m Thiết bị được thiết kế gồm batrường tĩnh điện riêng biệt, chọn khoảng cách giữa các trường gần nhau là 0,5 m.Trong khoảng không gian này ta bố trí hệ thống rung gõ để giũ bụi và các bộ phânphối lại dòng khí.Đầu vào của dòng khí bố trí chụp khuếch tán để đưa dòng khí vàođều trong thiết bị, đầu ra của dòng khí có chụp tập trung để thu dòng khí ra Chọnchiều dài của mỗi cái chụp là 0,55 m Như vậy kích thước của bộ lắng bụi là8,4*2,2*3,5 m

Bảng III.5 Các thông số kĩ thuật của thiết bị lắng bụi tĩnh điện:

8 Tổng diện tích bề mặt lắng m2 457,38

11 Số dãy điện cực phóng/trường Dãy 10

12 Số điện cực phóng/trường Điện cực 100

14 Tổng chiều dài điện cực ion hoá m 990

III.4Tính Toán Thiết Bị Khử NO x :

Khí thải sau khi được xử lý bụi bằng bộ lắng bụi tĩnh điện được đưa vào tháp

xử lý NOx Chọn phương pháp xử lý là khử xúc tác chọn lọc, với chất khử làdung dịch NH3, xúc tác V2O5 Nhiệt độ làm việc của quá trình là nhiệt độ củakhói thải ra sau bộ lắng tĩnh điện (t= 3550C)

 Các thông số đầu vào thiết kế:

Lưu lượng khí thải: 10000 Nm3/h

Dưới tác dụng của NH3 trên nền xúc tác V2O5 ở nhiệt độ 350 0C, thì NOx bịkhử thành Nitơ tự do theo các phản ứng sau:

Khi không có mặt Oxi:

ra theo hai phản ứng (3) và (4) Để đơn giản, ta giả sử quá trình khử NOx trongthiết bị chỉ xảy ra theo hai phản ứng (3) và (4)

 Xác định lượng NH 3 cần dùng:

 Lượng NOx trong khói thải: 4000 (mg/Nm3)*10000 (Nm3/h) = 4*107 (mg/h)= 40(kg/h)

Trong đó: NO2 chiếm một lượng nhỏ từ 5-10 % tổng lượng NOx Vì số mol

NH3 tiêu tốn cho phản ứng khử một mol NO2 lớn gấp đôi cho phản ứng khử mộtmol khí NO nên ta giả sử rằng NO2 chiếm 10% tổng lượng NOx

- Lượng NO trong khí thải: mNO = 90%*40 = 36 (kg/h)

- Lượng NOx trong khí thải: mNO2 = 10%*40 = 4 (kg/h)

Với yêu cầu hiệu suất của thiết bị phải khử được 83,15 % lượng NOx trongkhí thải nên:

- mNH3,pư: lượng NH3 tham gia phản ứng khử NOx, mNH3,pư= 19420,8 (g/h)

- mNH3,tt: lượng NH3 tham gia các phản ứng phụ,

murê = Murê*nurê = 60*599,76 = 35985,6 (g/h) = 36 kg/h

Tuy nhiên urê không thể được sử dụng dưới dạng tinh chất được do ở trạngthái thông thường thì urê là một chất ở dạng bột và không thể đưa vào hỗn hợpkhí thải với một lượng xác định được Vì vậy ta phải sử dụng urê dưới dạng dungdịch, và một loại dung dịch urê rất nổi tiếng đã được thương mại hóa có tên gọi

là AdBlue (dung dịch 32,5% urê)

Lượng dung dịch urê 32,5 % cần dùng trong một giờ là:

chất mang là oxit Ti tan, có hằng số tốc độ phản ứng ở 320 0C là 8,16 (l/s), ở 400

- k0: hằng số tốc độ phản ứng ở thời điểm đầu, k0 = 9,04 (l/s)

- η: hiệu suất xử lý theo yêu cầu, η = 0,8315

- CNH3,ra: nồng độ dư cao nhất cho phép, là giới hạn nồng độ để khống chếtác hại của NH3 dư, chọn CNH3,ra=10 mg/Nm3

- CNox,vào: nồng độ NOx vào thiết bị, CNox,vào= 4000 mg/Nm3

→ V = 2,8

0,2∗9,04∗ln(1+0,8315∗4000

10 )=9(m3)Với độ rỗng của xúc tác là 60% thì thể tích thực của lớp xúc tác là:

100−60=22,5(m

3)

 Thời gian lưu của khí trong lớp xúc tác:t= V

Chọn kích thước tháp có cạnh at = 2,4 m.

 Chiều cao của tháp: H = Hxt*ac, với:

- Hxt: chiều cao lớp xúc tác, Hxt = 4,48

- ac: hệ số ảnh hưởng của số tầng lớp xúc tác, để tăng khả năng tiếp xúc tối

đa của NH3 với khí thải và lớp xúc tác ta chia lớp xúc tác làm 4 tầng riêng biệt.Khi đó ac = 1,7

→ H = 4,48*1,7 = 7,62 (m)

 Chiều cao xây dựng:Hxd = H + Hđáy + Hđỉnh

Ta chọn chiều cao đáy bằng 1,5 m chiều cao đỉnh bằng 0,5 m

III.5 Tính Toán Thiết Bị Trao Đổi Nhiệt Ống Chùm:

Khí thải sau khi được xử lý NOx bởi tháp khử xúc tác chọn lọc được đưa vàothiết bị trao đổi nhiệt ống chùm để hạ nhiệt độ dòng khí xuống đến nhiệt độ làmviệc của quá trình hấp thụ SO2 bằng dung dịch CaCO3 Hiệu suất xử lý SO2 phụthuộc nhiều vào nhiệt độ của khí thải, để quá trình hấp thụ đạt trên 95% thì yêu cầunhiệt độ khí thải phải nhỏ hơn 150 oC[5] Vì vậy ta chọn nhiệt độ vào thấp hấp thụ

là 120 oC

Trong thiết bị trao đổi nhiệt ống chùm, ta chọn tác nhân làm nguội khí là khôngkhí sạch để tận dụng nguồn nhiệt của khí thải cung cấp không khí nóng cho buồngđốt của lò hơi Khí thải đi trong ống để hạn chế tổn thất nhiệt ra môi trường, khôngkhí sạch chuyển động cắt ngang bên ngoài ống Chọn ống trao đổi nhiệt làm bằngthép cacbon chịu nhiêt, có đường kính ống d2/d1 = 53/50, trong đó d2, d1 lần lượt là

đường kính ngoài và đường kính trong của ống Tra bảng 17 – [8] ta có hệ số dẫn

nhiệt của thép ở khoảng nhiệt độ 200 0C là λ = 50,2 W/m.0K

 Các thông số ban đầu:

 Đối với dòng khí thải:

Nhiệt độ khí thải vào: t1’ = 355 oC

Nhiệt độ khí thải ra: t1’’ = 120 oC

Nhiệt độ trung bình của dòng khí thải trong thiết bị:

t1 = 0,5 (t1’ + t1’’) = 237,5 oC

Tại nhiệt độ trung bình của dòng khói t1 = 237,5 oC ta có các thông số vật lý của

khói thải như sau: bảng 5 – [8]

- Khối lượng riêng của khói: ρ355 = 0,571 (kg/m3)

- Nhiệt dung riêng đẳng áp: Cp,1= 1106 (J/kg.độ)

Lưu lượng khối lượng của dòng khí thải: G1 = G* ρ355 = 6,39*0,571 = 3,65 (kg/s)

 Đối với dòng không khí sạch:

Nhiệt độ không khí vào: t2’ = 25 oC

Nhiệt độ không khí ra: t2’’= 235 oC

Nhiệt độ trung bình của dòng không khí: t2 = 0,5(25+235) = 130 oC

Tại nhiệt độ trung bình của không khí là 130 oC ta tra bảng 4 – [8] ta có:

- Nhiệt dung riêng đẳng áp, C p ,2= 1011 (J/kg.độ)

- Khối lượng riêng, ρ2 = 0,876 (kg/m3)

- Hệ số dẫn nhiệt, λ2 = 3,275*10-2 (W/m.độ)

- Độ nhớt động, ν2 = 26,625 *10-6 (m2/s)

- Chuẩn số Pran, Pr2 = 0,685

 Cân bằng nhiệt lượng:

 Lượng nhiệt khí thải toả ra để hạ nhiệt độ từ 355 0C xuống 120 oC

Q1 = G1∗C p ,1∗(t '1−t ' '1), Trong đó:

- G1: lưu lượng khối lượng khí thải, G1 = 3,65 (kg/s)

- Cp,1: nhiệt dung riêng đẳng áp của khí thải, Cp,1= 1106 (J/kg.độ)

→Q1 = 3,65*1106*(355-120) = 948671,5 (W)

 Lượng nhiệt dòng không khí nhận được từ dòng khí thải:

Q2 = G2∗C p ,2∗(t '2−t ' '2)

Trong đó:

- G2: lưu lượng khối lượng không khí vào

- Cp,2: nhiệt dung riêng đẳng áp, , C p ,2= 1011 (J/kg.độ)

Vì khói nóng đi trong ống, ta giả sử toàn bộ lượng nhiệt khói toả ra đều được khôngkhí hấp thụ vào nên: Q1 = Q2 = G2∗C p ,2∗(t ''2−t '2)

 Xác định hệ số toả nhiệt của khói tới vách trong của ống:

 Hệ số toả nhiệt đối lưu:

Chuẩn số Raynol của khói: ℜ1=ω1d1

Pr 1 , t)0,25, Pr của khói ít phụ thuộc vào nhiệt độ nên lấy A= 1

- εs, εk: hệ số kể đến ảnh hưởng của bước ống và chiều dài ống, khi giả thiếtchiều dài ống l ≥ 50 d1 thì εs = 1, vì ống thẳng nên εk = 1

Nu1=0,021∗159240,8∗0,66250,43

=41Nên hệ số toả nhiệt đối lưu của khói tới mặt trong của ống:

α 1 ,d=Nu1¿λ1

41∗0,04320,05 =35,424 (W /m độ)

 Hệ số toả nhiệt bức xạ của khói:

Vì khí thải có chứa CO2 và hơi nước H2O là khí có ba nguyên tử, nên có tỏa nhiệt

do bức xạ α1b và được xác định theo công thức: α1b = t q b

1−t w, trong đó: t1: nhiệt độtrung bình dòng khí, 0C; tw: nhiệt độ trung bình của ống trao đổi nhiệt, 0C;

qb: mật độ dòng nhiệt bức xạ, qb = C0 ε qd ¿

Với C0 =5,67 hệ số bức xạ của vật đen tuyệt đối; εqd =

11

Để xác định độ đen của thép ta cần xác định nhiệt độ bề mặt trong của ống tw1

Do ống có bề dày nhỏ và hệ số dẫn nhiệt lớn nên ta có thể xem nhiệt độ bên trong

và bên ngoài thành ống là bằng nhau tw1 = tw2= tw Mặt khác, vì dòng chuyển độngbên trong ống là khí thải, bên ngoài ống là không khí nên hệ số toả nhiệt đối lưu củakhói và không khí sẽ là tương đương nhau Nên ta có thể ước lượng nhiệt độ bề mặtvách ống là nhiệt độ trung bình của khói t1 và không khí t2

t w=0,5(t1+t2)=0,5 (237,5+130)=184 (0C) → εw = 0,96[8]

- Xác định độ đen của khói:

εk = εCO2 + εH2O

Để xác định độ đen của CO2 và hơi H2O, ta cần xác định quảng đường đi trung

bình của tia bức xạ l, khi dòng khói chuyển động bên trong ống đường kính trong

Tra giản đồ hình 1-5 và 1-6 [8], ứng với nhiệt độ của khí 237,5 oC và giá trị p*l ta

có độ đen của CO2 và hơi nước: εCO2 = 0,037;εH2O = 0,03

→εk = 0,037+0,03 = 0,067

Độ đen quy dẫn: εqd =

110,067+

10,96−1

 Xác định hệ số toả nhiệt của không khí tới vách ngoài của ống

Chuẩn số Raynol của khí:

Vì Re2 = 15925 nằm trong khoảng 103-105, quá trình cấp nhiệt phụ thuộc nhiều

nguyên nhân Nên chuẩn số Nuyxen có thể xác định theo công thức 1.25 [8] đối với

chùm ống song song:

Nu2 = 0,26*Re20,65*Pr20,33*(Pr Pr2

t)0,25*εs

Trong đó:

Pr2: chuẩn số Pran của dòng không khí tra theo nhiệt độ dòng khí

Prt: chuẩn số Pran của dòng khí tra theo nhiệt độ bề mặt ngoài của ống trao đổinhiệt Đối với dòng không khí chuẩn số Pr ít thay đổi nên có thể xem (Pr Pr2

Không khí khô chủ yếu gồm O2 và N2 là khí hai nguyên tử nên không có bức xạ

Và d2/d1 = 53/50 = 1,06 < 1,4 nên hệ số truyền nhiệt được tính theo vách phẳng:

Hệ số tỏa nhiệt đối lưu của không khí α2 = 76,4 (W/m2.oK)

140,153+

0,001550,2 +

176,4

=26,3(W/m2.oK)

Khi kể đến bụi trong khói thì hệ số truyền nhiệt thường được nhân thêm với hệ

số φ = 0,65 – 0,85 Vì khí thải đã được làm sạch bụi trước đó nên ta chọn φ = 0,85

=>k = 0,85*26,3 = 22,35 (W/m2.oK)

 Xác định diện tích bề mặt trao đổi nhiệt:F= Q

k ∆ t[8]

Với Q – lượng nhiệt mà không khí nhận được từ khói, Q = 948671,5 (W)

k – hệ số truyền nhiệt qua vách ống, k = 22,35 (W/m2.0K)

∆t – độ chênh lệch nhiệt đô trung bình có thể tính theo sơ đồ ngược chiều:

Vậy tổng diện tích trao đổi nhiệt:F= Q

k ∆ t=

948671,522,35∗107 = 397 (m2)Tổng số ống cần dùng là:

π∗d12∗ω1ρ1=

4∗3,653,14∗0,052∗12∗0,571=271(ống)Chiều dài mỗi ống: l= π∗n∗d F

1

3,14∗0,05∗271=9,33(m)

Chọn chiều dài ống là l = 9,4 m

Chọn cách bố trí ống theo hình sáu cạnh, khi đó ta có: [10]

- Số ống trên đường xuyên tâm của hình sáu cạnh là b = 19 ống;

- Số hình sáu cạnh là 9

- Số ống trên một cạnh của hình sáu cạnh ngoài cùng là a = 10 ống.

Xác định đường kính trong của thiết bị:

D = t*(b-1)+4d ( V.140 – [10])

Trong đó:

- b: số ống trên đường xuyên tâm của hình sáu cạnh, b = 19

- d: đường kính ngoài của ống, d = d2 = 0,053 m

- t: bước ống, khoảng cách giữa hai ống trên đường xuyên tâm, chọn t = 1,3d =

SO2tiếp xúc với dung dịch đá vôi sẽ phản ứng và tạo thành CaSO3, dưới tác dụngcủa ôxi không khí và nước, CaSO3 bị oxi hoá tạo thành thạch cao tại bể oxi hoá Khísạch được đưa qua giàn khử ẩm để tách nước và bùn còn dính trong dòng khí trướckhi được thải ra ngoài qua ống khói Dung dịch hấp thụ sẽ đuợc tuần hoàn trở lạinhờ bơm, sau một chu kì nhất định bùn thạch cao sẽ được tách ra ngoài

1- Cơ sở lý thuyết của quá trình:

SO2 là một chất khí khó tan nên nếu tiến hành xử lý bằng phương pháp hấp thụvật lý thông thường thì hiệu quả mang lại sẽ rất thấp Do đó, cần tiến hành xử lýtheo phương pháp hấp thụ hoá học, nhờ có các phản ứng hoá học xảy ra tại lớplỏng, nồng độ khí tại bề mặt phân chia pha nhanh chóng bị suy giảm nên làm tăngtốc độ của quá trình hấp thụ Một trong những phương pháp phổ biến và mang lạihiệu quả cao là hấp thụ SO2 trong dung dịch huyền phù CaCO3

Thiết bị xử lý SO2 được chia thành hai phần chính là tháp hấp thụ và bể oxy hoá

SO2 được hấp thụ vào các giọt lỏng nhờ vào quá trình khuyếch tán, sau đó tham giaphản ứng với CaCO3 có sẵn trong các giọt lỏng tạo thành canxi sunfit, sau khi rơixuống bể ôxi hoá ở đáy tháp, xảy ra quá trình oxi hoá canxi sunfit thành canxisunfat

Quá trình hấp thụ bao gồm các bước sau: