thiết kế hệ thống xử lý khí thải cho nhà máy xi măng lò đứng

Mở đầu Trong những năm gần đây, công nghiệp thế giới đã phát triển đến trình độ kỹ thuật cao, tích luỹ cơ bản của xã hội lớn và con ngời cũng đã có ý thức về phát triển có tính chất cộng đồng và lâu dài sự phát triển bền vững của xã hội. Và mối quan hệ giữa phát triển kinh tế và bảo vệ môi trờng đã nhận đợc sự quan tâm sâu sắc, đặc biệt là mối quan tâm của các nớc đang trên đà công nghiệp hoá và hiện đại hoá. Sự nghiệp công nghiệp hoá đòi hỏi sự phát triển của nhiều ngành công nghiệp. Trong đó ngành công nghiệp xi măng là một trong những ngành công nghiệp quan trọng cần đợc đầu t phát triển mạnh và nhanh mới đảm bảo đợc nhu cầu xi măng để xây dựng cơ sở hạ tầng và các cơ sở sản xuất trong cả nớc. Tuy nhiên ngành công nghiệp xi măng là một trong những ngành công nghiệp gây ra lọng thải lớn và gây tác hại đến môi trờng và sức khoẻ con ngời. Do đó, để phát triển bền vững ngành công nghiệp xi măng cần thiết phải có bớc đánh giá toàn diện về sự phát triển của công nghiệp xi măng cũng nh những ảnh hởng môi trờng và đề ra những biện pháp phòng ngừa và giảm thiểu ô nhiễm trong công nghiệp xi măng. Phần 1 Tổng quan về công nghiệp xi măng lò đứng ở Việt Nam I.Giới thiệu chung về ngành xi măng ở Việt Nam. Ngành công nghiệp xi măng ở Việt Nam ra đời từ cách đây hơn 100 năm. Bắt đầu từ nhà máy xi măng đầu tiên ở Hải Phòng, bớc ngoặt là sự ra đời 2 nhà máy xi 1 măng lò quay Hoàng Thạch và Bỉm Sơn, đến nay đã xuất hiện các nhà máy xi măng với sản lợng hơn 1 triệu tấn/năm. Hiện nay, công nghiệp xi măng ở Việt Nam đang áp dụng 3 loại dây chuyền công nghệ chính sau: Công nghệ xi măng lò đứng. Công nghệ xi măng lò quay phơng pháp ớt. Công nghệ xi măng lò quay phơng pháp khô. Các nhà máy xi măng lò quay có công suất lớn, dây chuyền thiết bị hiện đại, do đó có chất lợng xi măng tốt, mác cao, chiếm đợc lòng tin của khách hàng. Trong khi đó, với xi măng lò đứng, hàm lợng vôi trong clinke còn cao, dao động từ 1%-3%, khi có sự cố của lò có thể lên đến 5%-10%. Tuy nhiên công nghệ xi măng lò đứng có kết cấu đơn giản, đầu t thấp hơn nên vẫn đợc sử dụng ở Việt Nam. II.Quy trình công nghệ và dòng thải 1. Một số đặc điểm và chức năng chính trong công nghệ sản xuất xi măng: Giai đoạn Đặc điểm,chức năng Gia công nguyên,nhiên liệu Đá vôi, đất sét, thạch cao, các loại phụ gia xi măng và than đ- ợc đập, cán, sấy đạt tiêu chuẩn yêu cầu rồi vận chuyển vào silo hoặc kho chứa Nghiền phối liệu Nguyên liệu đợc khuáy trộn theo tỉ lệ thích hợp sau đó đợc nghiền mịn đạt độ mịn 10% trên sàng 008. Nung clinke -Phối liệu sau khi đợc nghiền mịn đợc làm ẩm và vê viên thành những viên có kích thớc 8-12 mm trớc khi đa vào lò nung. -Quá trình nung phối liệu trong lò dới tác dụng của nhiệt độ cao, các cấu tử trong phối liệu phản ứng với nhau tạo thành các khoáng chính có trong thành phần Clinke xi măng đó là: 3CaO.Al 2 O 3 (C 3 A), 2CaO.SiO 2 (C 2 S), 3CaO.SiO 2 (C 3 S) và 4CaO.Al 2 O 3 .Fe 2 O 3 (C 4 AF). ủ clinke SAu khi qua giai đoạn làm lạnh, clinke đợc ủ trong kho hoặc silo chứa thời gian khoảng 10-15 ngày để CaO tự do còn lại trong clinke phản ứng với nớc trong không khí tạo thành 2 Ca(OH) 2 nở thể tích làm cho clinke dễ nghiền và xi măng không nở nữa, nh vậy làm tăng chát lợng xi măng . Nghiền xi măng Clinke đợc phối trộn với các loại phụ gia xi măng và thạch cao theo công thức phối liệu cuă xi măng và đợc nghiền đạt độ mịn 12% còn lại trên sàng 008 rồi qua thiết bị phân ly, sau đó vào silo chứa Đóng bao xi măng Xi măng có thể xuất rời bằng công ten nơ, ô tô si tec hoặc đóng bao 50kg 2.Các nguồn thải trong công nghiệp xi măng lò đứng. 2.1.Chất thải khí a. Bụi Bụi nói chung sinh ra ở hầu hết các công đoạn sản xuất trong 1 dây chuyền sản xuất xi măng : Gia công nguyên liệu, đập nghiền sản phẩm. Vận chuyển, bốc dỡ nguyên liệu. Bụi trong khói lò nung. Trộn phối liệu, vê viên. Đóng bao sản phẩm. Bụi sản sinh trong quá trình sản xuất xi măng chủ yếu là bụi than, đất sét, đá vôi, thạch cao, xỉ pirit, clinke, xi măng. Lọng bụi phát sinh tuỳ theo công suất và trang thiết bị của nhà máy. Nói chung các nhà máy xi măng mới xây dựng gần đây là các nhà máy lò quay khô, dây chuyền thiết bị hiện đại, có lắp đặt thiết bị xử lý bụi. Đối với xi măng lò đứng, trớc 1990 không có nhà máy nào có thiết bị lọc bụi, từ 1990 đến nay mới có các nhà máy có xử lý bụi hoặc lắp đặt thêm tại các nhà máy cũ. b.Khí thải độc hại(CO X ,SO 2 , NO X , HF) Trong quá trình nung clinke, việc đốt nhiên liệu ( than, dầu, khí đốt), Các chất hoá học có trong nhiên liệu nh C, N, S, H sẽ tác dụng với oxy không khí sinh ra l ợng lớn khí thải độc hại (CO X ,SO 2 , NO X , HF ) thoát ra theo đ ờng ống khói gây ô nhiễm 3 môi trờng.Ngoài ra, quá trình sấy nguyên liệu, nhiên liệu cũng sinh ra các chất thải trên. Nguồn sinh CO và CO 2 : chủ yếu do 2 nguồn +Do cháy nhiên liệu có chứa C Cacbon là thành phần chính của tất cả các loại than. Do đó quá trình đốt than chính là quá trình phản ứng của C với O 2 , H 2 O trong không khí. - Phản ứng với O 2 C + O 2 = CO 2 2C + O 2 = 2CO - Phản ứng với hơi nớc C + H 2 O = CO + H 2 C + 2H 2 O = CO 2 + 2 H 2 - Phản ứng với các sản phẩm khí ở trên C + CO 2 = 2CO C + 2H 2 = CH 4 + Do quá trình phân huỷ Cacbonat ở nhiệt độ cao Trong thành phần nguyên liệu có chứa các loại Cacbonat và sunfat Các chất này sẽ bị phân huỷ nhiệt trong lò nung CaCO 3 = Cao + CO 2 MgCO 3 = MgO + CO 2 2CaSO 4 + C= 2CaO + 2SO 2 + CO 2 Nguồn sinh khí SO 2 : do 2 nguồn + Do quá trình đốt than trong lò S + O 2 = SO 2 + Do phân huỷ nguyên liệu Các nguyên liệu để sản xuất xi măng đều có chứa lu huỳnh dạng S, CaSO 4 , K 2 SO 4 , CaS, Na 2 S, CS 2 , Trong quá trình nung clinke tại vùng nung, với nhiệt độ từ 900-1450, sẽ xảy ra các phản ứng của các chất trên tạo SO 2 : 2Na 2 SO 4 + C = 2Na 2 O + 2SO 2 + CO 2 2K 2 SO 4 + C = 2K 2 O + 2SO 2 + CO 2 4 2CaSO 4 + C = 2CaO + 2SO 2 + CO 2 CS 2 + 3O 2 = CO 2 + SO 2 S + O 2 = SO 2 Nguồn sinh NOx: Do quá trình đốt than NO X chủ yếu là NO và NO 2 , sinh ra từ 2 nguồn chính: +O 2 và N 2 không khí tác dụnh với nhau theo phản ứng thuận nghịch: O 2 + N 2 = 2NO NO + 1/2O 2 = NO 2 +O 2 không khí và N trong thành phần nhiên liệu phản ứng với nhau. Khí HF chỉ sinh ra trong các lò phản ứng xi măng khi sử dụng các hợp chất chứa F làm phụ gia khoáng hoá cho quá trình nung luyện. 2.2. Nớc thải. Nớc thải trong quá trình sản xuất xi măng bao gồm: Nớc thải sản xuất. Nớc thải sinh hoạt. Nớc ma chảy tràn. a.Nớc thải sản xuất - Nớc từ các công đoạn làm mát máy, bao gồm nớc làm mát ngoài vỏ máy chứa bụi và nớc làm mát ổ trục chứa dầu mỡ, nhiệt độ cao. - Nớc thải sản xuất từ quá trình nghiền nguyên liệu chứa bùn và nhiều tạp chất rắn, trong đó có các kim loại nh sắt nhôm, silic. - Nớc thải rửa sân, khử bụi chứa tạp rắn và các loại tạp bẩn khác. b. Nớc thải sinh hoạt Là nớc thải từ các hoạt động phục vụ đời sống nh tắm rẳ, ăn uống, nhà vệ sinh chứa hàm lợng chất hữu cơ, rắn lơ long, chất dinh dỡng, vi trùng c. Nớc ma chảy tràn: Nớc ma chảy tràn vào các khu vực khai thác nguyên liệu hay khu vực nhà máy cuốn theo các chất rắn và xi măng, đất cát, dầu mỡ 5 2.3. Chất thải rắn a.Chất thải rắn sản xuất : chủ yếu là bao bì, giấy phế thải, đất cát rơi vãi và xi măng đóng rắn. Chất thải hữu cơ có thể tái sử dụng, chất thải vô cơ ít gây nguy hại, chỉ có lợng nguy hại là gạch chịu nhiệt có chứa Crom loại ra từ lò nung do sửa chữa hàng năm. b. Chất thải rắn sinh hoạt: Thải ra từ hoạt động sinh hoạt của công nhân. 2.4.Tiếng ồn Tiếng ồn phát ra từ các khâu gia công cơ học, thờng ở cờng độ rất cao, đặc biệt là ở máy nghiền bi, máy đập 2.5.Ô nhiễm nhiệt Công nghệ sản xuất xi măng sử dụng khá nhiều nhiêth năng, đặc biệt là tại lò nung, nhiệt độ lên đến 1450 0 C. Tại các máy nghiền cũng sinh nhiệt do ma sát và va đập. Nhiệt truyền qua vỏ lò và khói lò vào môi tròng. Tuy nhiên lợng nhiệt có thể đợc khắc phục bằng giải quyết thông gió tự nhiên, thông gió cỡng bức, bằng bảo ôn, cách nhiệt 6 Kh«ng khÝ Khãi lß(HF, CO, CO 2 , SO 2 , NOx) Bôi, ån Bôi, ån Bôi Thµnh phÈm §¸ v«i Than §Êt sÐt Bôi, ån Than SÊy Phô gia CaF 2 Trén, nghiÒn Bôi, ån Níc 7 S¬ ®å: C«ng nghƯ s¶n xt xi m¨ng vµ c¸c dßng th¶i PhÇn 2 X¸c ®Þnh t¶i lỵng chÊt « nhiƠm khÝ cho nhµ m¸y xi m¨ng lß ®øng: Sơ đồ tính cân bằng vật chất cho lò nung . Thành phần hóa học của nguyên liệu (%) : Cấu tử MKN SiO 2 Al 2 O 3 Fe 2 O 3 CaO MgO P 2 O 5 Đá vôi 42,8 0,4 0,19 0,16 54,46 0,4 Đất sét 5,37 68,1 16,5 8,12 0,87 0,68 Pirit 4,03 18,76 3,52 65,54 2,5 0,35 P.P.rit 23,52 5,9 4,77 2,8 33,23 8,53 13,42 . Tỷ lệ phối liệu cho 1 Kg clinke: -Đá vôi:1,24 Kg/Kg clinke -Đất sét: 0,297 Kg/Kg clinke -Xỉ pirit: 0,017Kg/Kg clinke -Photphorit:0,032Kg/Kg clinke . Thành phần hóa học của bột liệu: MKN SiO 2 Al 2 O 3 Fe 2 O 3 CaO MgO 35,05 13,39 3,373 2,406 43,44 0,613 . Thành phần hóa học của than: C H O N S A W 72,38 0,92 1,95 0,25 0,5 22 2 8 Xỉ pirit Than Không khí Đá vôi Đất sét Khói lò (CO 2 , Co, NO 2 , SO 2, bụi, THC ) Clinke Những chất khác Lò nung A.Tính dòng vào: - Lượng than tiêu tốn để nung 1 Kg clinke: Xt=0,19 Kg/Kg clinke - Lượng nguyên liệu ẩm vào lò: Lượng nguyên liệu ẩm vào lò được tính theo công thức sau: -G C : Lượng nguyên liệu khô vào lò có tính đến lượng bụi tổn thất, được tính theo công thức sau: -W c : Độ ẩm của phối liệu vào lò. _G T C : Lượng nguyên liệu khô lý thuyết vào lò nung, được tính theo công thức sau: -a TT :Tỉn thÊt nguyªn liƯu cho lß ph¶n øng Với phương pháp ướt a TT =3-5%, Với phương pháp khô a TT =5-10% -MKN : Phần trăm chất mất khi nung của phối liệu -A : Hàm lượng tro của than (%) -a : Độ lắng đọng tro than trong lò nung ( a= 0,8-1) p dụng các công thức đã nêu trên và giả thiết: - tổn thất nguyên liệu theo bụi ra ngoài là a TT = 0,5%(max) - Độ lắng đọng tro than trong lò nung là a = 1 - Độ ẩm phối liệu vào lò W C = 2% - Tính lượng không khí vào lò : G B = V 0 * α * γ * Xt Kg/Kg clinke 9 G W C = G C x 100 100 - W C Kg/Kg clinke G C = G T C x 100 100 - a TT Kg/Kg clinke G T C = 100 – a x Xt x A 100 - MKN C Kg/Kg clinke -V 0 : Lượng không khí lý thuyết vào lò nung, nếu dùng nguyên liệu rắn được tính theo công thức sau : 100*21,0*429,1 )( 32 32 2 16 12 3 OSHC −++ -α : Hệ số dư không khí (α = 1,05-1,15) -γ : Khối lượng riêng của không khí (γ = 1,293) B, Tính dòng ra I.Tính hàm lượng bụi thất thoát trong quá trình nung luyện clinke: + Bụi do quá trình phân hủy phối liệu: G b = ( G C – G T C ) x (1 – MKN x β x 0,01) Kg/Kg clinke -G b : Lượng bụi thất thoát do quá trình phân hủy phối liệu (Kg/Kg clinke) -β : Mức độ phân hủy hoàn toàn cacbonnat của bụi không thu hồi (β = 0,3-0,6) + Bụi của tro nhiên liệu sinh ra G TR b = )/( 100 **)1( KgclinkeKg AX α − II. Tính hàm lượng khí SO 2 sinh ra do quá trình nung clinke xi măng - Tính hàm lượng khí SO 2 do quá trình đốt than: Lưu huỳnh tồn tại trong than có tới 90% ở dạng đơn chất và 10% ở dạng sunfua kim loại, hợp chất hữu cơ. Khi đốt, phản ứng cháy với oxy tạo thành SO 2 . Lượng khí SO 2 sinh ra do quá trình đốt than được được tính theo phản ứng với hiệu suất chuyển hóa là 90%: M SO2 = 0,00171Kg/Kg clinke + Tính hàm lượng khí SO 2 do quá trình nung luyện clinke trong lò nung: 10 V 0 = [...]... xư lý ®· nªu, ta sư dơng cyclone ®Ĩ xư lý bơi ë giai ®o¹n ®Çu sau ®ã kÕt hỵp víi c¸c thiÕt bÞ t¸ch bơi ít ë giai ®o¹n sau ®Ĩ cã thĨ gi¶m lỵng bơi tho¸t ra ngoµi ®¹t tiªu chn cho phÐp Cyclone tỉ hỵp kh«ng thÝch hỵp cho xư lý bơi nhµ m¸y xi m¨ng v× bơi nµy cã ®é kÕt dÝnh cao Do ®ã, lùa chän xư lý bơi b¨ng cyclone ®¬n Sau xư lý bơi, nhiƯt ®é dßng khÝ th¶i vÉn ®¹t trªn 370 0C Do ®ã ®¶m cho viƯc xư lý NOx... biƯn ph¸p xư lý khÝ « nhiĨmx thÝch hỵp ®Ĩ lµm gi¶m t¶i lỵng « nhiƠm vµo m«i trêng xung quanh 13 PhÇn 3 ThiÕt kÕ hƯ thèng xư lý khÝ th¶i cho nhµ m¸y xi m¨ng lß ®øng Nhµ m¸y xi m¨ng lß ®øng: Lu lỵng: 26000 m3/h Bơi : 3500 mg/m3 SO2 : 4000 mg/ m3 NOx : 3000 mg/ m3 I Lùa chän c«ng nghƯ: I.1 Xư lý bơi: §Ĩ xư lý bơi cho c¸c nhµ m¸y th× chóng ta cã rÊt nhiỊu ph¬ng ph¸p Sau ®©y lµ mét sè thiÕt bÞ xư lý bơi phỉ... trong c«ng nghiƯp xi m¨ng lß ®øng 2.1.ChÊt th¶i khÝ 2.2.Níc th¶i 2.3.ChÊt th¶i r¾n 2.4.TiÕng ån 2.5 ¤ nhiƠm nhiƯt PhÇn 2 : X¸c ®Þnh t¶i lỵng « nhiƠm A TÝnh dßng vµo B TÝnh dßng ra I Hµm lỵng bơi II Hµm lỵng SO2 III Hµm lỵng NOx C C¸c ph¬ng ph¸p gi¶m thiĨu « nhiƠm PhÇn 3:ThiÕt kÕ hƯ thèng xư lý khÝ th¶i cho nhµ m¸y xi m¨ng lß ®øng I Lùa chän c«ng nghƯ I.1.Xư lý bơi I.2.Xư lý NOx I.3.Xư lý SO2 II.ThiÕt... nếu đem đốt 0,19 Kg than (tương ứng với Kg clinke) thì tải lượng khí NO 2 sinh ra sẽ là: 11 MNO2 = (9,0:1000) x 0,19 = 0,0017 Kg/Kg clinke Ước tính tải lượng ô nhiễm từ những nguồn chính của nhà máy xi măng lò đứng: STT Chất ô nhiễm 1 Bụi 2 3 4 5 6 CO2 CO NO2 SO2 THC Tải lượng ô nhiễm Tấn/Tấn clinke 0,013787 0,09909(*) 1,0847 0,000066 0,00197 0,004014 0,00001 Tải lượng ô nhiễm Tấn/năm 1058,8416 7610,112(*)... lượng khí NOx sinh ra do quá trình đốt than: Việc hình thành các khí NO x trong quá trình đốt than trong lò diễn ra rất phức tạp, vì vậy tải lượng các chất khí này được tính bằng phương pháp đánh giá nhanh của WHO Theo phương pháp đánh giá nhanh của Tổ chức Y Tế Thế Giới (WHO) thì cứ 1 tấn than đem đốt sẽ phát sinh 9,0 Kg khí NO 2 Vậy nếu đem đốt 0,19 Kg than (tương ứng với Kg clinke) thì tải lượng khí. .. cao èng khãi phơ thc vµo gi¸ trÞ cho phÐp cđa nång ®é chÊt « nhiƠm trªn mỈt ®Êt c¸ch ngn mét kho¶ng x nµo ®ã KÕt ln Khãi th¶i cđa nhµ m¸y xi m¨ng cã chøa nhiỊu chÊt « nhiƠm bơi hay khÝ nh SO2, NOx Do ®ã viƯc xư lý khÝ th¶i rÊt cÇn thiÕt tríc khi ph¸t th¶i ra ngoµi m«i trêng 31 Mơc lơc Më ®Çu PhÇn 1:Tỉng quan vỊ c«ng nghiƯp xi m¨ng lß ®øng I.Giíi thiƯu chung vỊ ngµnh xi m¨ng ë ViƯt Nam II.Quy tr×nh c«ng... Gốc tọa độ trùng với chân ống khí x: hướng gió y: hướng thẳng với hướng gió và có gốc nằm trên trục x z: Độ cao C(x,y,z,H) : Nồng độ chất thải ở thời điểm (x,y,z) với nguồn thải có độ cao H Q:Lượng chất ô nhiễm phát ra trong một đơn vò thời gian U: tốc độ gió σy.σz : Các hệ số khuyếch tán theo phương y và z H=h+∆H:chiỊu cao hiƯu dơng cđa èng khãi h: Chiều cao ống khói của lò nung ∆H: Chiều cao tự nâng... khÝ vµ xư lý khÝ th¶i- NXB Khoa Häc vµ KüTht,2000 2 Nghiªm Trung Dòng- Bµi gi¶ng m«n häc xư lý khÝ th¶i 3 Ngun ThÞ H¶i Hoµ- Ln v¨n ThS: §¸nh gi¸ hiƯn tr¹ng m«i trêng c¸c nhµ m¸y s¶n xt xi m¨ng -1997 4 TrÇn Gia Mü- Nghiªn cøu sù h×nh thµnh NOx-1996 5 Hoµng Kim C¬- tÝnh to¸n thiÕt bÞ thu bơi vµ lµm s¹ch khÝ – 1997 6 Lª Sü Trêng- Ln v¨n ThS:Th¨m dß kh¶ n¨ng ¸p dơng mét sè c«ng nghƯ xư lý NOx cho ngn th¶i... MgSO3 TiÕp ®ã, MgSO3 ®ỵc t¸i sinh nhê thùc hiƯn kÕt tđa Canxi sunfat ë bĨ phÝa ngoµi th¸p hÊp thơ Ph¬ng ph¸p nµy cã thĨ tr¸nh ®ỵc cỈn ®äng, tuy nhiªn yªu cÇu ph¶i xư lý bơi víi møc ®é cao tríc khi xư lý SO2 I.3.4.HÊp thơ b»ng dÞch Mg(OH)2 T¬ng tù nh ph¬ng ph¸p dïng Ca(OH)2 MgO ®ỵc t¸i sinh nªn h¹n chÕ ®ỵc vÊn ®Ị chÊt th¶i r¾n Tuy nhiªn tèn n¨ng lỵng cho qu¸ tr×nh t¸i sinh nµy I.3.5.HÊp thơ b»ng dung dÞch... Chiều cao tự nâng của ống khói (m) -VS: Tốc độ phụt khói từ miệng ống khói -D: Đường kính ống khói (m) -U: Tốc độ gió (m/s) -P: p suất tính bằng mbar - U: tốc độ gió -TS:Nhiệt độ khí thải (0K) 30 -TA: Nhiệt độ không khí (0K) Các hệ số khuyếch tán σy,σz được tính theo công thức sau: 1/ 2  2 k y x     σY =   U   2k y z    U    σZ =  Nång ®é cùc ®¹i cđa chÊt « nhiƠm trªn mỈt ®Êt C Max = 2Q . trang thiết bị của nhà máy. Nói chung các nhà máy xi măng mới xây dựng gần đây là các nhà máy lò quay khô, dây chuyền thiết bị hiện đại, có lắp đặt thiết bị xử lý bụi. Đối với xi măng lò đứng, . nhà máy xi măng lò đứng Nhà máy xi măng lò đứng: Lu lợng: 26000 m 3 /h Bụi : 3500 mg/m 3 SO 2 : 4000 mg/ m 3 NO x : 3000 mg/ m 3 I. Lựa chọn công nghệ: I.1. Xử lý bụi: Để xử lý bụi cho các nhà. cho xử lý bụi nhà máy xi măng vì bụi này có độ kết dính cao. Do đó, lựa chọn xử lý bụi băng cyclone đơn. Sau xử lý bụi, nhiệt độ dòng khí thải vẫn đạt trên 370 0 C. Do đó đảm cho việc xử lý