THÔNG GIÓ VÀ XỬ LÝ KHÍ THẢICAM RANH

Xác định nồng độ bụi, khí SO2, CO, CO2 dọc theo trục gió đi qua chân ống khói, ở tọa độ bất kìtrên mặt đất theo chiều gió thổi qua chân nguồn thải Tính toán với 2 nguồn nguồn 1 và nguồn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA MÔI TRƯỜNG

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

THÔNG GIÓ VÀ XỬ LÝ KHÍ THẢI

SỐ LIỆU THIẾT KẾ CHO TRƯỚC

Địa điểm: Cam Ranh

Nhiệt độ khói thải: 175oC

Thành phần nhiên liệu: Dầu DO

Lượng nhiên liệu: Đối với ống khói 1 là 1250kg/h

Đối với ống khói 2 là 950 kg/h

Kích thước nguồn thải: Chiều cao ống khói theo 3 trường hợp: 16; 24;32 (m) Đường kính ống khói 1 là 1100 mm

Đường kính ống khói 2 là 1000mm

NỘI DUNG TÍNH TOÁN

I. Tính toán sản phẩm cháy, xác định lượng khí thải, tải lượng các chất ô nhiễm

II. Xác định nồng độ bụi, khí SO2, CO, CO2 dọc theo trục gió đi qua chân ống khói, ở tọa độ bất kìtrên mặt đất theo chiều gió thổi qua chân nguồn thải

Tính toán với 2 nguồn (nguồn 1 và nguồn 2 tương ứng với 3 chiều cao thay đổi)

III. Xây dựng biểu đồ thể hiện mối quan hệ:

Cbụi = f (x, D, h) ; Cbụi = f (x, y, D, h)

Ckhí = f (x, D, h) ; Ckhí = f (x, y, D, h)

IV. Đề xuất các giải pháp giảm thiểu ô nhiễm

V. Thiết kế hệ thống thông gió cho nhà máy

PHẦN BẢN VẼ

1. Mặt bằng,mặt cắt thể hiện toàn bộ hệ thống xử lý khí thải,đồ thị Chh(1),Chh(2) vào mùa hè

2 Mặt bằng mặt cắt hệ thống thông gió của nhà xưởng và sơ đồ không gian

3 Chi tiết thiết bị lọc bụi, hoặc xử lý các khí độc ô nhiễm

Ngày giao nhiệm vụ:

Ngày hoàn thành và nộp thiết kế:

Ngày bảo vệ:

Ngày tháng năm 2012

Cán bộ hướng dẫn

Phần I TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ KHÓI THẢI

Chương 1: LỰA CHỌN THÔNG SỐ TÍNH TOÁN

I.Lựa chọn thông số tính toán bên ngoài công trình

- Nhiệt độ tính toán ngoài công trình được lấy theo hai mùa, ta lấy nhiệt độ tính toán bên ngoài của mùa hè bằng nhiệt độ tối cao trung bình xuất hiện vào buổi trưa của tháng nóng nhất (t ) Về mùa

đông lấy bằng nhiệt độ tối thấp trung bình xuất hiện vào buổi sáng của tháng lạnh nhất (tđN) Dựa vào bảng 2.3 và 2.4 [QCVN 02-2009] ta có kết quả của Cam Ranh như sau: thN = 33,30C (chọn cho tháng 8vào lúc 13h), tđN = 21,70C (chọn cho tháng 1 vào lúc 6h).

II.Lựa chọn thông số tính toán bên trong công trình:

- Nhiệt độ tính toán trong công trình vào mùa hè (thT) được lấy bằng nhiệt độ tính toán bênngoài cộng thêm 1 ÷3 0C Còn nhiệt độ tính toán bên trong công trình về mùa đông (tđT) được lấy từ 20

÷ 240C Vậy ta lấy nhiệt độ bên trong công trình như sau:

thT = 33,3 + 1=34,30C, tđT = 220C

III.Hướng gió và vận tốc gió:

- Hướng gió chính về mùa đông là gió Bắc và về mùa hè là gió Đông - Nam Vận tốc gió vềmùa hè lấy bằng 3,9 m/s và mùa đông là 5,4 m/s lấy theo bảng 2.16 [QCVN02-2009]

Ngoàinhà

Hướng gió Vận tốc gió

(m/s)

Hướng gió Vận tốc

gió (m/s)

V.Các thông số thiết kế hệ thống xử lí không khí bên ngoài công trình:

- Nhiệt độ khói thải : 1750C

- Thành phần nhiên liệu: Nhiên liệu sử dụng là dầu DO có thành phần

- Lượng nhiên liệu tiêu thụ:

- Ống khói 1: B = 1250 (kg/h)

- Ống khói 2: B = 950 (kg/h)

- Kích thước của nguồn thải:

• Chiều cao ống khói: h (m)

1.1. Tính toán sản phẩm cháy và tải lượng các chất ô nhiễm

1.1.1 Nhiệt năng của nhiên liệu rắn và lỏng xác định theo công thức Mendeleev

Qp = 81C + 246Hp – 26 (Op - Sp) – 6Wp (kcal/kg DO)

= 81.82,7 + 246.10,4 – 26( 0,22-3,03) – 6.3,0 = 9312,2 (kcal/kg DO)

1.1.2.Tính sản phẩm cháy ở điều kiện tiêu chuẩn (t = OoC, P = 760mmHg)

STT Đại lượng tính toán Đơn vị Công thức Kết quả

Mùa đông Mùa hè

1 Lượng không khí

khô cần thiết cho quá

trình cháy

m3chuẩn/kgNL

V0 = 0.089Cp + 0.264Hp –0.0333(Op - Sp) 10.19 10.19

2 Lượng không khí ẩm

cần thiết cho quá

trình cháy lí thuyết

m3chuẩn/kgNL

Va = (1+0.0016d)V0 10,39

(d=15,5

10.57(d=20

VH2O = 0.111Hp + 0.0124Wp

8 Lượng khí N

2 trongsản phẩm cháy

m3chuẩn/kgNL

VSPC = VSO2 +VCO +VH2O

+VN2 +VO2 + VCO2

15.45 15.83

1.2.Tính toán lượng khói và tải lượng các chất ô nhiễm tạo ra tương ứng khi đốt.

1.2.1.Đối với ông khói số 1, Bt = 1250 kg/h

STT Đại lượng tính toán Đơn vị Công thức Kết quả

Mùa đông Mùa hè

6 Lượng tro bụi với hệ

số tro baytheo khói

a = 0,8 ÷ 0,85

chọn a=0,8

1.2.2.Đối với ống khói số 2, Bt = 950 kg/h

STT Đại lượng tính toán Đơn vị Công thức Kết quả

Mùa đông Mùa hè

6 Lượng tro bụi với hệ

số tro bay theo khói

Theo tiêu chuẩn loại B thì nồng độ khí CO, SO2 đều vượt tiêu chuẩn cho phép

Như vậy: ta chọn giải pháp xử lý khí SO2 để đạt QCVN 19:2009 trước khi thải ra bên ngoài Riêng khí CO chọn các giải pháp cải tiến thiết bị, hoặc thay đổi công nghệ (nếu có thể), kiểmsoát điều kiện làm việc để nâng cao hiệu suất của quá trình cháy nhiên liệu, tạo điều kiện để quá trìnhcháy diễn ra hoàn toàn

Sau khi tính toán các thông số của khí thải ở 2 ống khói, tổng hợp thành bảng:

TRANG: 8

Ống

khói Mùa

Lưulượngthải

Lt (m3/s)

Đườngkính

D (m)

Nhiệt độkhói t(0C)

Tải lượng ô nhiễm

Vận tốc gióV(m/s)

MSO2 MCO MCO2 Mbụi

Bảng tổng kết phần tính toán sản phẩm cháy

II.Xác định nồng độ các chất ô nhiễm dọc theo trục gió thổi

2.1.Xác định nồng độ cực đại, nồng độ trên mặt đất Cx,y; Cx, nồng độ hỗn hợp giữa hai nguồn

Để xác định nồng độ của các chất ô nhiễm phát thải trong không gian tại một điểm có toạ độ x,y,z nào

đó thì có rất nhiều mô hình Ở đây ta xét mô hình khuếch tán Gauss

- Nồng độ chất ô nhiễm trên mặt đất (z = 0)

- Nồng độ chất ô nhiễm trên mặt đất dọc theo trục gió đi qua chân của ống khói tại toạ độ bất kìtrên mặt đất theo chiều gió thổi qua chân nguồn thải (y = 0 , z =0 )

Cx,0,0 = EXP (g/m3)

M : tải lượng ô nhiễm, g/m3

u : vận tốc gió, m/s.Chọn vận tốc gió ở độ cao 10 m

x :khoảng cách từ nguồn thải (ống khói) cho tới điểm tính toán theo phương gió thổi, m

y :khoảng cách từ điểm tính trên mặt ngang theo chiều vuông góc với trục vệt khói cách tim vệtkhói, m

z : chiều cao điểm tính toán

σy : hệ số khuếch tán của khí quyển theo phương ngang y

σz : hệ số khuếch tán của khí quyển theo phương ngang z

2.1.1.Xác định chiều cao hiệu quả của ống khói

Chiều cao hiệu quả của ống khói được xác định theo công thức:

H = h + ∆ h

h : Chiều cao thực của ống khói, m

∆ 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

LT :lưu lượng khói thải ở điều kiện thực tế, m3/s

u10 : vận tốc gió ở độ cao 10 m được

Lấy theo bảng 2.16 TCVN 02:2009/BXD Ở đây ta chọn như sau:

o Mùa hè :lấy vào tháng 4 được u10 = 3.9 m/s

o Mùa đông :lấy vào tháng 1 được u10 = 5,4 m/s

Tkhói : nhiệt độ khói thải (0K)

Tkhói = tkhói + 273 = 175 + 273 = 448K

∆Tkhói : độ chênh lệch nhiệt độ giữa nhiệt độ khói thải Tkhói và nhiệt độ môi trường xung quanh Txq

∆Tkhói = Tkhói - Txq = tkhói - txq

txq : nhiệt độ không khí của môi trường

Mùa hè :lấy vào tháng 4 được txq = 34,30C

Mùa đông :lấy vào tháng 1 được txq = 220C

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

Tính toán chiều cao hiệu quả của ống khói vào mùa đông và mùa hè :

2.1.2 Xác định nồng độ cực đại trên mặt đất Cmax tại khoảng cách x theo trục gió thổi

Nồng độ cực đại được xác định theo phương pháp gần đúng của Gauss như sau :

Tính hệ số khuếch tán σy , σz ứng với Cmax

* Tính hệ số khuếch tán σz : σz =

H: chiều cao hiệu quả của ống khói (m)

* Từ σz ta xác định đuợc khoảng cách x(km) xuôi theo chiều gió kể từ nguồn ,tại đó nồng độ đạt cựcđại theo công thức :σz = bxc + d

* Từ x ta xác định đuợc hệ số khuếch tán σy theo công thức : σy = ax0.894

Trong đó a, b, c, d là các hệ số phụ thuộc vào cấp khí quyển Với cấp ổn định loại C ta có a =

104 , b = 61 , c = 0,911 , d = 0

Sau khi có σy , σz , đưa vào phương trình Gauss tính được Cmax

Tính nồng độ cực đại C max vào mùa đông và mùa hè :

2.1.3.Xác định nồng độ trên mặt đất Cx , Cx,y của nguồn thải

Tính hệ số khuếch tán σz , σy theo công thức

σz = bxc + d

σy = ax0.894

x(km) là khoảng cách xuôi theo chiều gió kể từ nguồn

a, b, c, d là các hệ số lấy theo cấp ổn định của khí quyển Với cấp ổn định loại C ta có a = 104 ,

2.2.2 CO

- Mùa đông và mùa hè :

2.2.3.CO2

- Mùa đông và mùa hè :

2.2.4 Bụi

2.3.Biểu đồ nồng độ các chất ô nhiễm Cx , Chh theo khoảng cách vào mùa hè và mùa đông:

+ Ống 2

III.Chọn phương án giảm thiểu ô nhiễm,thiết kế hệ thống xử lí:

Chất gây ô nhiễm chủ yếu là CO và SO2.Việc xử lý khí CO rất khó khăn nên giảm thiểu CO thường làcải tiến thiết bị hoặc thay đổi công nghệ.Vì vậy, trong đồ án này chỉ tập trung xử lý SO2

Lưu lượng cần xử lí SO2là:

+ Ống khói 1: L = 17,83 m3/s = 64188 m3/h+ Ống khói 2: L=13,57m3/s = 48852m3/h

Nhiệt độ khói thải : 175 0 CHàm lượng SO2 : +Ống 1: CSO2(H)= 2,28(g/m3)

CSO2(Đ)= 2,34(g/m3) +Ống 2: CSO2(H)= 2,29(g/m3)

CSO2(Đ)= 2,32(g/m3)

Ống khói 1 phát thải với lưu lượng lớn nhất nên ta thiết kế hệ thống xử lí SO2 cho ống khói 1

* Hiệu suất xử lý H= x 100

Trong đó:

- CSO2:nồng độ phát thải SO2 của ống khói 1 , CSO2= 2,34(g/m3)

- CSO2max :nồng độ SO2 tối đa cho phép trong khí thải công nghiệp

Theo QCVN 19: 2009 là 0,5 g/m3 (theo cột B)

Do đó hiệu suất của quá trình xử lý là:

- Giá thành chế tạo không cao

- Xử lý được với các khoảng nhiệt độ dao động

- Xử lý được với loại nồng độ cao

- Xử lý được nhiều loại khí thải hoặc hỗn hợp khí thải

- Dung dịch hấp thụ là Ca(OH)2 : là loại vật liệu có nhiều ở nước ta và rẻ hơn MgO, ZnO…và hiệu suấtcao hơn nước

Sơ đồ dây chuyền công nghệ xử lý

Khí thải từ các ống khói được dẫn vào thiết bị xử lý là tháp lọc có vật liệu đệm Khí thải đi từ dướilên, dung dịch hấp thụ đi từ trên xuống nhờ hệ thống phun làm ẩm ướt toàn bộ bề mặt lớp vật liệuđệm Vật liệu đệm là các khâu trụ rỗng có kích thước 25x3 Ở đây ta sử dụng vật liệu đệm là các khâu

sứ được đổ lộn xộn Khi khí thải đi qua lớp vậy liệu đệm đã được phun ướt thì nó sẽ bị giữ lại, khí thảitheo ống dẫn ra ngoài

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

CaO + H2O = Ca(OH)2

2

Ca(OH)2 + SO2 = CaSO3 +H2O2CaSO3 + O2 + 4H2O = 2CaSO4.2H2O Dung dịch hấp thụ sau khi qua lớp vật liệu đệm thì được hứng ở đĩa thu Dung dịch này chứa nhiềusunfit và canxi sunfat dưới dạng tinh thể : CaSO3.0,5H2O do đó cần tách các tinh thể nói trên ra khỏidung dịch bằng cách phun dung dịch từ trên xuống còn thổi khí từ dưới lên để oxi hoá hoàn toàn CaSO3

thành CaSO4.2H2O và xả xuống dưới bể chứa cặn.Cặn được vớt ra định kỳ Một phần dung dịch còn lạiđược tuần hoàn trở lại và thường xuyên bổ sung một lượng vôi sữa mới

-Chiều cao xây dựng của scruber : H= HCT + h1 + h2

h1,h2 : chiều cao lắp đặt phía trên và phía dưới thiết bị

F = = = 3,37m2

-Đường kính của thiết bị :

D = = ≈ 2,1 m

-Lượng CaO cần sử dụng để xử lý SO2 trong ống khói do đốt cháy 1 tấn dầu

Trong đó :

:thành phần lưu huỳnh trong nhiên liệu theo phần trăm khối lượng,

:hệ số khử SO2 trong khói thải -tức mức độ cần thiết phải khử SO2 trong khói thải để đạt giớihạn phát thải cho phép,

, :phân tử gam của lưu huỳnh và của CaO,

-Lượng CaO cần sử dụng trong 1 giờ để xử lý SO2: mCaO = GCaO,B(tấn/h)

Trong đó B: là lượng dầu tiêu thụ,(tấn/h)

mCaO = 45.96 × 1.25=57.45(tấn/h)

-Ta có phương trình: CaO + H2O  Ca(OH)2

-Lượng Ca(OH)2 cần phun trong 1 giờ: = =75.92(kG/h)

Đường kính(mm)

Ống dẫn khí ra khỏi lò đốt

nhiên liệu cấp hơi vào

Scrubber

3.3 Chọn quạt

Cách chọn quạt cũng tương tự như hệ thống thông gió cơ khí dựa vào:

L= 9,03 m3/s = 32508 m3/h và trở lực của quạt là 89,55kG/m2 tra được quạt ly tâm ц 4-70 N012 có cácthông số: số vòng quay n = 600 (vòng/phút), hiệu suất quạt µ = 0,8

3.4 Tính toán động cơ

Công suất điện tiêu thụ trên trục quạt khi kể đến tổn thất trục, ổ bi:

Ntr = (32508x89,55x9,18) / (102x0,96x0,8x3600x900) =0,11 (kw)

Trong đó Hệ số truyền động của trục, chọn = 0,96 ( =0,95-0,97)

: Hiệu suất của quạt = 0,8

1kG.m/s = 9,18 (W)

Công suất động cơ điện được xác định theo công thức:

Nđộngcơ=(KxLxP)/(102xηxηtrdxηtr)=(1,1x32508x89,55x9,18)/(102x0,8x0,93x1x3600x900)= 0,12(kw) Với K : Hệ số dự trữ, K = 1,1

: Hệ số truyền động giữa động cơ và quạt, = 0,9 ÷ 0,95 chọn =0,93

= 1

PHẦN II : TÍNH TOÁN PHẦN THIẾT KẾ HỆ THỐNG THÔNG GIÓ BÊN TRONG CÔNG TRÌNH CHO PHÂN XƯỞNG CƠ KHÍ

Chương 1: TÍNH TOÁN NHIỆT THỪA

I.Tính toán tổn thất nhiệt qua kết cấu bao che

1.1. Chọn kết cấu bao che

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

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

1.1.2 Cửa sổ và cửa mái: cửa kính

Dày:

1.1.3 Cửa chính: cửa tôn

Trong đó: - hệ số trao đổi nhiệt mặt bên trong, =7,5

- hệ số trao đổi nhiệt mặt bên ngoài , =20

- hệ số dẩn nhiệt của kết cấu thứ i ,

Bảng 9 - Tính toán hệ số truyền nhiệt

Bảng 10: Tính toán diện tích kết cấu

1.4.Tính toán tổn thất nhiệt qua kết cấu

1.4.1 Tổn thất nhiệt qua kết cấu bao che về mùa Đông

Số hiệu chỉnh kể đến kết cấu bao che,

Trong công thức tính toán này, đối với các tường ngoài, cửa ta cần phải bổ sung thêm lượngnhiệt mất mát do sự trao đổi nhiệt bên ngoài tăng lên ở các hướng khác nhau, nó làm tăng các trị sốtổn thất nhiệt đã tính toán

Hình vẽ thể hiện các hướng tổn thất bổ sung

Tổng tổn thất nhiệt qua kết cấu vào mùa đông: 23520,49 kcal/h.

1.4.2 Tổn thất nhiệt qua kết cấu bao che về mùa hè

Về mùa hè không tính đến tổn thất nhiệt qua mái vì vào mùa hè hướng dòng nhiệt qua kết cấu máikhông phải từ trong ra ngoài mà từ ngoài vào trong vì nhiệt độ bên ngoài gần bề mặt mái lớn hơn sovới nhiệt độ bên trong do bức xạ mặt trời

Nên tốn thất nhiệt qua kết cấu về mùa hè được tính theo công thức sau:

Q =[23520,49 – (6478,2+7126,02)]x1/3 =3305,42(kcal/h)

Trong đó:

Q (kcal/h) : Tốn thất nhiệt qua kết cấu về mùa đông

(kcal/h) : Tốn thất nhiệt qua về mái mùa đông

∆ttt(Đ) (0C) : Hiệu số nhiệt độ tính toán giữa không khí bên trong và bên ngoài nhà vào mùađông Đối với tường, cửa sổ, cửa ra vào, nền

∆ttt(Đ) = 24,7-21,7 = 3 (0C)

∆ttt(H) = ( thT - thN).=(34,3-33,3).1=1 (0C) (1.5)

1.5 Tổn thất nhiệt do rò gió

Qrò = 0,24 Grò (tTtt – tNtt ) Kcal/h

Trong đó: 0,24 là tỉ nhiệt của không khí

là lượng không khí lọt vào nhà qua khe cửa

g: là lượng không khí lọt vào nhà qua 1m chiều dài khe hở cùng loại (m3/h.m), lấy theo bảng3-4: bảng xác định lượng gió lùa qua cửa- Giáo trình thông gió.GVC-ThS Nguyễn Thị Lê

a là hệ số phụ thuộc vào loại cửa

Đối với cửa 1 lớp khung kim loại thì: cửa sổ,cửa mái: a = 0,65; cửa ra vào: a = 2

l: tổng chiều dài của khe cửa mà gió lọt qua (chỉ tính cho hướng đón gió)

Bảng 12 - Tính toán chiều dài khe cửa mà gió lọt qua

Loại cửa Chiều dài khe cửa mà gió lọt qua (m)

Hướng Đông Hướng Bắc Hướng Tây Hướng Nam

Hình vẽ thể hiện hướng tác dụng của gió về mùa Đông: Bắc

Bảng 13 – Tính toán tổn thất nhiệt do rò gió mùa đông

(oC)

(kcal/h)

Với: G: là lượng vật liệu đưa vào nhà trong một giờ

tC : là nhiệt độ của vật liệu sau khi đưa vào phòng tC = tT

tD : là nhiệt độ của vật liệu trước khi đưa vào phòng tD= tNtt

= 0,5 – hệ số kể đến khả năng nhận nhiệt của vật liệu

C: tỉ nhiệt (nhiệt dung riêng của vật liệu cần làm nóng) Đối với thép ta có C = 0,48 KJ/Kg0k=0,115(kcal/kg.0C), đồng C= 1,4kcal/kg. 0C (Tra bảng phụ lục 2.2/[3])

II Tính toán tỏa nhiệt trong phòng

II.1. Tỏa nhiệt do người

Trong đó: n - là số người, n = 28 người

q (kcal/ người): lượng nhiệt hiện do một người toả vào không khí trong phòng trong 1 giờ.Tra bảng 2-1 TG và kĩ thuật xử lí khí thải Nguyễn Duy Động)

Mùa đông (220C): q = 101.2 Kcal/hMùa hè (34.30C): q = 98 Kcal/h

Bảng 18 - Tính toán toả nhiệt do người

TT Mùa 1.7 q (Kcal/h) n (người) Kết quả