Đồ án tốt nghiệp kiểm soát ô nhiễm môi trường không khí

Tính toán và thiết kế hệ thống kiểm soát ô nhiễm môi trường không khí...4 CHƯƠNG 1.. Tính toán sản phẩm cháy – Lượng khó thải và tải lượng các chất ô nhiễm trong khói.... Tính toán sản p

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 3

PHẦN I Tính toán và thiết kế hệ thống kiểm soát ô nhiễm môi trường không khí 4

CHƯƠNG 1 Tính sản phẩm cháy 4

1.1 Thông số tính toán 5

1.2 Tính toán sản phẩm cháy – Lượng khó thải và tải lượng các chất ô nhiễm trong khói 6

CHƯƠNG 2 Tính khuếch tán 12

2.1 Xác định nồng độ cực đại, nồng độ trên mặt đất 13

CHƯƠNG 3 Thiết kế hệ thống xử lý bụi 49

3.1 Phương án giải quyết 50

3.2 Lựa chọn thiết bị xử lý bụi 50

3.3 Tính toán thiết bị xử lý bụi 51

PHẦN II Tính toán và thiết kế hệ thống thông gió cho phân xưởng cơ khí 56

CHƯƠNG 1 Tính nhiệt thừa 56

1.1 Chọn thông số tính toán bên trong nhà 57

1.2 Tính tổn thất nhiệt 57

1.3 Tính tỏa nhiệt trong phòng 68

1.4 Thu nhiệt do bức xạ mặt trời 86

CHƯƠNG 2 Tính lưu lượng thông gió 91

2.1 Lưu lượng hút cục bộ nhiệt tại lò 92

2.2 Lưu lượng thông gió 94

2.3 Tính toán buồng phun ẩm 100

CHƯƠNG 3 Tính thủy lực hệ thống thông gió 102

3.1 Thủy lực ống chính số 1 103

3.2 Thủy lực ống chính số 2 107

3.3 Thủy lực ống nhánh 110

TÀI LIỆU THAM KHẢO 115

LỜI MỞ ĐẦU

Bảo vệ môi trường được coi là một vấn đề sống còn của nhân loại Với sự pháttriển của khoa học kĩ thuật hiện nay, tốc độ đô thị hoá ngày càng cao làm cho tình hình

ô nhiễm môi trường nói chung và ô nhiễm không khí nói riêng ngày càng trầm trọng

Với tầm quan trọng của việc bảo vệ môi trường như vậy, các cấp các ngànhtrong cả nước đã và đang đẩy mạnh công tác bảo vệ môi trường

Tuy nhiên, môi trường không khí ở nước ta hiện nay, đặt biệt là ở các khu côngnghiệp và các đô thị lớn vẫn tồn tại dấu hiệu ô nhiễm đáng lo ngại Phần lớn các nhàmáy xí nghiệp chưa được trang bị các hệ thống xử lý bụi và khí thải độc hại Hàngngày hàng giờ vẫn đang thải vào khí quyển một lượng lớn các chất độc hại làm chobầu khí quyển xung quanh các nhà máy trở nên ngột ngạt khó chịu

Còn ở các đô thị do tốc độ phát triển nhanh cộng với thiếu qui hoạch hợp lý nênkhu vực cách ly của khu công nghiệp ngày càng bị lấn chiếm hình thành các khu dân

cư làm cho môi trường ở đây thêm phần phức tạp và khó được cải thiện

Trên cơ sở những kiến thức đã được học và được cô giáo, thầy giáo hướng dẫn,

em đã hoàn thành đồ án kiểm soát môi trường không khí

Nội dung đồ án gồm các vấn đề: Tính toán sự khuếch tán ô nhiễm từ các ốngkhói Thiết kế hệ thống xử lý khí (bụi) đạt yêu cầu cho phép Tính toán thông gió chonhà công nghiệp Các bản vẽ kèm theo

Do nhiều yếu tố khác nhau nên đồ án này không tránh khỏi những thiếu sót.Kính mong thầy, cô giáo hướng dẫn thêm để đồ án này trở nên hoàn chỉnh hơn

Em xin chân thành cảm ơn

Đà Nẵng, ngày 26 tháng 12 năm 2012

Sinh viên thực hiệnNguyễn Ngọc Huy

PHẦN I

TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG KIỂM SOÁT ÔNMTKK

CHƯƠNG 1

TÍNH SẢN PHẨM CHÁY

Từ hai giá trị: tkk= 32,60C và φ = 79,8% tra biểu đồ I-d ta có được d = 24,8.

Tra Bảng 2.16 Tần suất lặng gió (PL %) tần suất (P %) và vận tốc gió (V m/s) trungbình theo 8 hướng (QCVN 02-2009/BXD), ta có vận tốc gió u10= 3,3 m/s

Từ hai giá trị: tkk= 21,20C và φ = 74,3% tra biểu đồ I-d ta có được d = 11,3

Tra Bảng 2.16 Tần suất lặng gió (PL %) tần suất (P %) và vận tốc gió (V m/s) trungbình theo 8 hướng (QCVN 02-2009/BXD), ta có vận tốc gió u10= 5,4 m/s

Từ đây ta có bảng sau:

Bảng 1.1: Thông số tính toán mùa hè

Địa điểm

Mùa hè Tháng 5 Nhiệt độ

không khí cao nhất ( 0 C)

Hướng gió chính

Vận tốc gió

u 10 (m/s)

Độ ẩm tương đối của không khí (%)

Dung ẩm không khí d (g/ kg KKK)

Bảng 1.2: Thông số tính toán mùa đông

Địa điểm

Mùa đông Tháng 1 Nhiệt độ

không khí cao nhất ( 0 C)

Hướng gió chính

Vận tốc gió

u 10 (m/s)

Độ ẩm tương đối của không khí (%)

Dung ẩm không khí d (g/ kg KKK)

Phan Thiết 21,2 Đông 5,4 74,3 11,3

1.2 Tính toán sản phẩm cháy – Lượng khó thải và tải lượng các chất ô nhiễm trong khói

Ta sử dụng nhiên liệu đốt là than cám và thành phần nhiên liệu như sau:

Bảng 1.3: Thành phần sản phẩm cháy

Đề số Thành phần nhiên liệu than cám (%)

Bảng 1.4: Tính toán sản phẩm cháy – Lượng khói thải và tải lượng các chất ô nhiễm

Thứ

tự

Đại lượng tính

toán Đơn vị Ký hiệu Công thức tính

Ống khói số 1

Ống khói số 2

Ống khói số 1

Ống khói số 2

1 Lượng không khíkhô lý thuyết mkg NL3chuẩn/ V 0 V0= 0,089Cp+ 0,264Hp- 0,0333(Op

3 Lượng không khíẩm thực tế với hệ

số α = 1,4

m3chuẩn/

5 Lượng khí COtrong SPC với ƞ =

0,03

m3chuẩn/

tự Đại lượng tính toán Đơn vị Ký hiệu Công thức tính

Ống khói số 1

Ống khói số 2

Ống khói số 1

Ống khói số 2

9 Lượng khí Otrong không khí2

tự Đại lượng tính toán Đơn vị Ký hiệu Công thức tính

Ống khói số 1

Ống khói số 2

Ống khói số 1

Ống khói số 2 11

14 Tải lượng khí COvới ρCO= 1,25

kg/m3chuẩn

15 Tải lượng khí COvới ρCO2= 1,977 2

kg/m3chuẩn

tự Đại lượng tính toán Đơn vị Ký hiệu Công thức tính

Ống khói số 1

Ống khói số 2

Ống khói số 1

Ống khói số 2

L

x

tự Đại lượng tính toán Đơn vị Ký hiệu Công thức tính

Ống khói số 1

Ống khói số 2

Ống khói số 1

Ống khói số 2

T

MC

Ống khói số 2 khói số 1 Ống khói số 2 Ống khói số 1 Ống khói số 2 Ống khói số 1 Ống khói số 2 Ống

Khôngđạt

4 Nitơ oxit, NO(tính theo x

CHƯƠNG 2

TÍNH KHUẾCH TÁN

Ta có mô hình khuyếch tán Gauss (áp dụng đối với nguồn điểm, nguồn cao).

Trong đó M : Tải lượng chất ô nhiễm, (mg/s)

u : Vận tốc gió tại chiều cao hiệu quả của ống khói, (m/s)

σy, σz : Lần lượt là hệ số khếch tán theo chiều ngang, theo chiều đứng.Trường hợp tính nồng độ hỗn hợp nguồn thải trên mặt đất của ống khói 1 chịu ảnhhưởng từ ống khói 2 và ngược lại:

Chh= C(x,y)+ C(x)

σy, σzđược xác định theo công thức sau:

σy= a.x0,894 ; σz= b.xc+ d;

Với x: khoảng cách xuôi theo chiều gió kể từ nguồn, (km)

Các hệ số a, b, c lấy tùy cấp độ khí quyển, lấy theo bảng sau theo bảng sau:

F 34 14,35 0,74 0,35 62,6 0,18 -48,6Trong trường hợp này cấp độ khí quyển là C.

Ta có bảng tính σ y , σ z theo x như sau:

h : Độ nâng của trục vệt khói, được xác định theo công thức Berliand

Trong đó:

- D là đường kính của miệng ống khói, m

- là vận tốc phụt ra khỏi miệng ống khói, m/s

= L T

4L T D

nhiệt độ môi trường xung quanh Txq

Tkhói = Tkhói - Txq= tkhói- txq

- Kết quả tính toán được thể hiện ở các bảng sau:

Bảng 2.3 Bảng tính chiều cao hiệu quả ống khói

Bảng 2.4 Bảng tính nồng độ cực đại trên mặt đất C max tại khoảng cách x theo trục gió thổi

Mùa Ống khói (m) h H (m)

σ z

(C max ) (m) =

Tải lượng chất ô nhiễm M

(g/s) Nồng độ cực đại C

max

(mg/m 3 ) Bụi CO SO 2 CO 2 Bụi CO SO 2 CO 2

số 2 30 33,21 23,48 0,35 40,76 6,09 0,33 0,20 0,07 9,98

Bảng 2.5 Tính nồng độ C x , C xy , C hh Bụi của ống khói 1 vào mùa hè

Mùa hè

h = 15 m h = 25 m h = 30 m h = 15 m h = 25 m h = 30 m h = 15 m h = 25 m h = 30 m

Bảng 2.6 Tính nồng độ C x , C xy , C hh Bụi của ống khói 1 vào mùa đông

Mùa đông

h = 15 m h = 25 m h = 30 m h = 15 m h = 25 m h = 30 m h = 15 m h = 25 m h = 30 m

Mùa đông

h = 15 m h = 25 m h = 30 m h = 15 m h = 25 m h = 30 m h = 15 m h = 25 m h = 30 m

Bảng 2.7 Tính nồng độ C x , C xy , C hh Bụi của ống khói 2 vào mùa hè

Mùa hè

h = 15 m h = 25 m h = 30 m h = 15 m h = 25 m h = 30 m h = 15 m h = 25 m h = 30 m

Bảng 2.8 Tính nồng độ C x , C xy , C hh Bụi của ống khói 2 vào mùa đông

Ống khói 2 Tải lượng chất ô nhiễm M = 16,22 g/s

Mùa đông

h = 15 m h = 25 m h = 30 m h = 15 m h = 25 m h = 30 m h = 15 m h = 25 m h = 30 m

Ống khói 2 Tải lượng chất ô nhiễm M = 16,22 g/s

Mùa đông

h = 15 m h = 25 m h = 30 m h = 15 m h = 25 m h = 30 m h = 15 m h = 25 m h = 30 m

Ống khói 2 Tải lượng chất ô nhiễm M = 16,22 g/s

Bảng 2.9 Tính nồng độ C x , C xy , C hh SO 2 của ống khói 1 vào mùa hè

Mùa hè

h = 15 m h = 25 m h = 30 m h = 15 m h = 25 m h = 30 m h = 15 m h = 25 m h = 30 m

Mùa hè

h = 15 m h = 25 m h = 30 m h = 15 m h = 25 m h = 30 m h = 15 m h = 25 m h = 30 m

Bảng 2.10 Tính nồng độ C x , C xy , C hh SO 2 của ống khói 1 vào mùa đông

Mùa đông

h = 15 m h = 25 m h = 30 m h = 15 m h = 25 m h = 30 m h = 15 m h = 25 m h = 30 m

Mùa đông

h = 15 m h = 25 m h = 30 m h = 15 m h = 25 m h = 30 m h = 15 m h = 25 m h = 30 m

Bảng 2.11 Tính nồng độ C x , C xy , C hh SO 2 của ống khói 2 vào mùa hè

Mùa hè

h = 15 m h = 25 m h = 30 m h = 15 m h = 25 m h = 30 m h = 15 m h = 25 m h = 30 m

Mùa hè

h = 15 m h = 25 m h = 30 m h = 15 m h = 25 m h = 30 m h = 15 m h = 25 m h = 30 m

Bảng 2.12 Tính nồng độ C x , C xy , C hh SO 2 của ống khói 2 vào mùa đông

Mùa đông

h = 15 m h = 25 m h = 30 m h = 15 m h = 25 m h = 30 m h = 15 m h = 25 m h = 30 m

Bảng 2.13 Tính nồng độ C x , C xy , C hh CO của ống khói 1 vào mùa hè

Mùa hè

h = 15 m h = 25 m h = 30 m h = 15 m h = 25 m h = 30 m h = 15 m h = 25 m h = 30 m

Mùa hè

h = 15 m h = 25 m h = 30 m h = 15 m h = 25 m h = 30 m h = 15 m h = 25 m h = 30 m

Bảng 2.14 Tính nồng độ C x , C xy , C hh CO của ống khói 1 vào mùa đông

Mùa đông

h = 15 m h = 25 m h = 30 m h = 15 m h = 25 m h = 30 m h = 15 m h = 25 m h = 30 m

Mùa đông

h = 15 m h = 25 m h = 30 m h = 15 m h = 25 m h = 30 m h = 15 m h = 25 m h = 30 m

Bảng 2.15 Tính nồng độ C x , C xy , C hh CO của ống khói 2 vào mùa hè

Mùa hè

h = 15 m h = 25 m h = 30 m h = 15 m h = 25 m h = 30 m h = 15 m h = 25 m h = 30 m

Mùa hè

h = 15 m h = 25 m h = 30 m h = 15 m h = 25 m h = 30 m h = 15 m h = 25 m h = 30 m

Bảng 2.16 Tính nồng độ C x , C xy , C hh CO của ống khói 2 vào mùa đông

Mùa đông

h = 15 m h = 25 m h = 30 m h = 15 m h = 25 m h = 30 m h = 15 m h = 25 m h = 30 m

Mùa đông

h = 15 m h = 25 m h = 30 m h = 15 m h = 25 m h = 30 m h = 15 m h = 25 m h = 30 m

Bảng 2.17 Tính nồng độ C x , C xy , C hh CO 2 của ống khói 1 vào mùa hè

Mùa hè

h = 15 m h = 25 m h = 30 m h = 15 m h = 25 m h = 30 m h = 15 m h = 25 m h = 30 m

Mùa hè

h = 15 m h = 25 m h = 30 m h = 15 m h = 25 m h = 30 m h = 15 m h = 25 m h = 30 m

Bảng 2.18 Tính nồng độ C x , C xy , C hh CO 2 của ống khói 1 vào mùa đông

Mùa đông

h = 15 m h = 25 m h = 30 m h = 15 m h = 25 m h = 30 m h = 15 m h = 25 m h = 30 m

Mùa đông

h = 15 m h = 25 m h = 30 m h = 15 m h = 25 m h = 30 m h = 15 m h = 25 m h = 30 m

Bảng 2.19 Tính nồng độ C x , C xy , C hh CO 2 của ống khói 2 vào mùa hè

Mùa hè

h = 15 m h = 25 m h = 30 m h = 15 m h = 25 m h = 30 m h = 15 m h = 25 m h = 30 m

Mùa hè

h = 15 m h = 25 m h = 30 m h = 15 m h = 25 m h = 30 m h = 15 m h = 25 m h = 30 m

Bảng 2.20 Tính nồng độ C x , C xy , C hh CO 2 của ống khói 2 vào mùa đông

Mùa đông

h = 15 m h = 25 m h = 30 m h = 15 m h = 25 m h = 30 m h = 15 m h = 25 m h = 30 m

Mùa đông

h = 15 m h = 25 m h = 30 m h = 15 m h = 25 m h = 30 m h = 15 m h = 25 m h = 30 m

CHƯƠNG 3

THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ BỤI

- Chất gây ô nhiễm chủ yếu là CO, SO2 và bụi Việc xử lý khí CO rất khó khăn nêngiảm thiểu CO thường là cải tiến thiết bị hoặc thay đổi công nghệ SO2 chỉ vượtquy chuẩn trong trường hợp ống khói 1 vào mùa hè, với h = 15m Còn tất cả cáctrường hợp còn lại đều nằm trong quy chuẩn cho phép (QCVN 05-2009/BTNMT).

Vì vậy, trong đồ án này chỉ tập trung xử lý bụi phát sinh chủ yếu trong lò đốt,thường là bụi than có kích thước ≥ 10 µm

- Lưu lượng khói thải cần xử lý là:

3.2 Lựa chọn thiết bị xử lý bụi

- Với hiệu suất xử lý cao và không cần tái sử dụng bụi (bụi than), ta chọn thiết bị làXyclon chùm

- Ưu điểm của thiết bị:

 Hiệu suất xử lý cao, η ≥ 93% đối với bụi có kích thước lớn như bụi than

 Cấu tạo gọn nhẹ

 Chế tạo đơn giản

 Lọc được các hạt bụi có kích thước nhỏ ≥ 10μm

3.3 Tính toán thiết bị xử lý bụi

3.3.1 Lựa chọn sơ đồ hệ thống xử lý bụi

Sơ đồ hệ thống xử lý bụi như sau:

XYCLON CHÙM

MƯƠNG DẪN

SƠ ÐỒ DÂY CHUYỀN XỬ LÝ BỤI

Trong đó:

 L (m3/s): lưu lượng khí cần lọc của xyclon chùm

chuyển động của dòng khí

ÔNKK & XLKT Tập 2 – Trần Ngọc Chấn)

dãy xyclon con đầu tiên

- Vận tốc quy ước khi đi qua Xyclon đường kính d = 150 mm

64

L d

4.4,84964.3,14.0,15 = 4,29 m/s

 Vậy sức cản khí động của riêng bản thân Xyclon chùm là :

- R: Tổn thất ma sát trên 1[m] dài của đường ống ứng với đường kính hình tròn ởđiều kiện tiêu chuẩn, xác định bằng cách tra bảng, [kG/m2.m]

- l: chiều dài đoạn ống tính toán, [m]

- η: hệ số hiệu chỉnh tổn thất áp suất ma sát phụ thuộc vào nhiệt độ Với nhiệt độkhói thải t= 1900C, tra bảng 5-1/151 (Kĩ thuật thông gió - Trần Ngọc Chấn) được

η = 0.76

- n: hệ số hiệu chỉnh độ sai, n=1

Bảng 3.1 Tính tổn thất dọc đường (tổn thất ma sát) qua hệ thống xử lý bụi

Thông số L T (m 3 /h) chiều dài Tổng

l (m)

Tổn thất ma sát đơn vị R (kg/m 2 m)

Hệ số hiệu chỉnh tổn thất áp suất ma sát

η khi nhiệt độ thay đổi

- Σξ: Tổng hệ số sức cản cục bộ của đoạn ống tính toán, tra bảng phụ lục 4.

Bảng 3.2 Thống kê hệ số sức cản cục bộ thiết bị trong hệ thống xử lý bụi

- Tổn thất qua Xyclon chùm được tính theo cách chọn thiết bị ở trên là ∆P = 46,74kG/m2

 Tổn thất áp suất toàn phần của hệ thống

∆P HT = ∆P ms + ∆P cb + ∆P tb = 1,35 + 18,67 + 46,74 = 66,76 kG/m 2

B Chọn quạt: L = 17457,44 m3/h, ΔPtp= 66,76 kG/m2

- Chọn loại quạt li tâm Ц 4-70 N08

- Dựa vào biểu đồ đặc tính của quạt, ta xác định được các thông số như sau:

- Hiệu suất làm việc của quạt: η = 75%

- ηq: hiệu suất của quạt, 75%

- Lq: lưu lượng quạt, 17457,44 m3/h = 4,849 m3/s

- ∆Pq: áp lực của quạt, 66,76 kG/m2

Vậy N = 17457,44.66,76

3600.102.0,75 = 4,23 kW

65

43

2

A A

B

B

- Nhiệt độ tính toán trong công trình vào mùa hè (tTtt hè) được lấy bằngnhiệt độ tính toán bên ngoài cộng thêm 2  3 0C Còn nhiệt độ tính toán bêntrong công trình về mùa đông (tTttđông) được lấy từ 20 220C.

- Vậy ta lấy nhiệt độ bên trong công trình như sau:

 tTtthè = 34,60C

 tTttđông = 22 0C

Bảng 4.1 Thông số tính toán bên trong phân xưởng cơ khí

Mùa Nhiệt độ tính toán bên ngoài nhà t

N tt

Nhiệt độ tính toán bên trong nhà t T Δt tt = (t T - t N tt ).ψ

1.2 Tính tổn thất nhiệt

1.2.1 Tính toán tổn thất nhiệt qua kết cấu bao che

1.2.1.1 Chọn kết cấu bao che

a Tường ngoài, tường trong: tường chịu lực, gồm có ba lớp

- Hệ số dẩn nhiệt: λ1= 0,6 kcal/m.h.0C

(Theo phụ lục 2: Bảng thông số vật lý của vật liệu xây dựng/[2])

b Cửa sổ và cửa mái: cửa kính

Trong đó: αT: hệ số trao đổi nhiệt mặt bên trong, αT= 7,5 kcal/m2.h.0C

αN:hệ số trao đổi nhiệt mặt bên ngoài, αN= 20 kcal/m2.h.0C

λ (kcal/m.h 0 C)

Hệ số truyền nhiệt K (kcal/m 2. h 0 C) Công thức tính K Kết

quả

Lớp 1:

Vữa vôitrát mặtngoài

K = 1/ ((1/αT) + (δ1/λ1)+ (δ2/λ1) + (δ3/λ3) + (1/αN)) 1,843

Lớp 2:

Gạchphổthôngxây vớivữa nặng

T Kết cấu bao che (mm) δ (kcal/m.h λ 0 C)

Hệ số truyền nhiệt K (kcal/m 2. h 0 C) Công thức tính K Kết quả

Lớp 3:

Vữa vôitrát mặttrong

1

2

3 4

Chia dải nền

Bảng 4.3 Thống kê phân xưởng

Chiều cao (mm)

Chiều dài (mm)

Chiều cao (mm)

S.lượng (cái)

Chiều dài (mm)

Chiều cao (mm)

S.lượng (bộ) (1

bộ = 8 cửa)

Chiều dài (mm)

Chiều cao (mm)

S.lượng (cái)

Chiều dài (mm)

Chiều rộng (mm)

Bảng 4.4 Tính diện tích truyền nhiệt qua kết cấu bao che

STT Kết cấu bao che a (mm) h, b (mm) s (cái/bộ) Diện tích truyền nhiệt F (m

2 ) Công thức tính F Kết quả

STT Kết cấu bao che a (mm) h, b (mm) s (cái/bộ) Diện tích truyền nhiệt F (m

2 ) Công thức tính F Kết quả

2 Cửa chính (cửa tôn)

5 Tường Phía Bắc 42.000 7.500 - = (a.h) - Fcs - FccFT(m2) 257,14

STT Kết cấu bao che a (mm) h, b (mm) s (cái/bộ) Diện tích truyền nhiệt F (m

2 ) Công thức tính F Kết quả

Công thức tính toán:

(Kcal/h)

t F K

Trongđó:

K: Hệ số truyền nhiệt của kết cấu bao che (Kcal/m2hoC)

F: Diện tích kết cấu bao che (m2)

Δttt: Hiệu số nhiệt độ tính toán (oC) = (tTtt- tNtt).ψ

Ψ: Hệ số kể đến vi trí của kết cấu bao che đối với không khí ngoài trời, ψ = 1(Mục 3.2.1/tr 75.KTTG - Trần Ngọc Chấn)

cửa ta cần phải bổ sung thêm lượng nhiệt mất mát do sự trao đổi nhiệt bên ngoàităng lên ở các hướng khác nhau, nó làm tăng các trị số tổn thất nhiệt đã tính toán