THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ KHÍ THẢI

Tính toán lựa chọn thiết bị và vẽ sơ đồ công nghệ hệ thống xử lý chất ô nhiễm.

ĐỀ BÀI THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ KHÍ THẢI

NHÓM 1: NHIÊN LIỆU DẦU F.O

CẤP ĐỘ ỔN ĐỊNH KHÍ QUYỂN : D

Đề bài :

Một lò hơi đốt dầu F.O trong KCN ở Bình Dương với các thông số sau :

Trong đó.

- B : lượng nhiên liệu tiêu tốn trong 1 h.

- D : đường kính ống khói.

Yêu cầu

1 Tính toán sản phẩm cháy

2 Tính toán nồng độ chất ô nhiễm tại miệng ống khói

3 So sánh nồng độ Cmax các chất SO2, CO, CO2, bụi với QCVN 19:2009-BTNMT

4 Từ đó xác định chất ô nhiễm cần phải xử lý và đề xuất ra công nghệ xử lý khí hoặc bụi

ô nhiễm

5 Tính toán lựa chọn thiết bị và vẽ sơ đồ công nghệ hệ thống xử lý chất ô nhiễm

Bài làm :

Các hệ số sử dụng trong bài:

- Hệ số thừa không khí: α = 1,4

- Hệ số cháy không hoàn toàn: η = 0,03

- Hệ số tro bụi bay theo khói : a = 0,475

1 Tính toán s ản phẩm cháy :

Lượng không khí khô lý thuyết cần cho quá trình cháy là :

VO = 0,089CP + 0,264HP – 0,0333(OP – SP)

= 0,089.77 + 0,264.2,65 – 0,0333.(3,29 – 2.9)

= 7,5396 ( m3 chuẩn/ kg FO )

Lượng không khí ẩm lý thuyết cần cho quá trình cháy (ở t = 30oC;  = 65%  d = 7g/kg):

Va = (1 + 0,0016d)VO

= (1 + 0,0016.17) 7,5396

= 7,7447 ( m3 chuẩn/ kg FO )

Lượng không khí ẩm thực tế với hệ số thừa không khí là 

Vt = Va

= 1,4 7,7447

= 10,8425 ( m3 chuẩn/ kg FO )

Sản phẩm cháy Công thức tính Phép Tính Kết Quả

Lượng khí SO2

VSO2 VSO2 = 0,683.10-2SP VSO2 = 0,683.10-2.2,9 0,0198 Lượng khí CO

VCO VCO = 1,865.10-2CP VCO = 1,865.10-2.0,03.77 0,0431 Lượng khí CO2

VCO2 VCO2 = 1,853.10-2(1 - )CP VCO2 = 1,853.10-2.(1 – 0,03).77 1,3840 Lượng hơi nước

VH2O

VH2O = 0,111HP + 0,0124WP + 0,0016dVt

VH2O =0,111.2,65 + 0,0124.8 +

Lượng khí N2

VN2

VN2 = 0,8.10-2Np+ 0,79Vt VN2 = 0,8.10-2.1,16+ 0,79.10,8425 8,5749 Lượng khí O2 thừa

VO2 VO2 = 0,21( - 1)Va VO2 = 0,21.(1,4 - 1).7,7447 0,651 Lượng SPC tổng

cộng VSPC VSPC = VSO2 + VCO + VCO2 +

VH2O + VN2 + VO2

VSPC = 0,0198 + 0,0431 + 1,3840 +

Lượng sản phẩm cháy ( đơn vị : m3 chuẩn/ kg F.O ) ở điều kiện chuẩn ( t = 0o

C, p = 760 mmHg )

Lượng sản phẩm cháy tổng cộng ở điều kiện thực tế ( nhiệt độ môi trường tmt = 32 oC )

mt SPC(tt) SPC(ñkc)

3

273+t

273 (273+32) = 11,3611

273 =12,6928 (m /kg F.O)

Lưu lượng khói ( SPC ) ở điều kiện thực tế ( tK = 160 oC )

t

3

V B (273+t )

11,3611.700 (273+160)

= 3,5038 (m /s)

Lượng SO2

( với SO2 = 2,926

kg/m3chuẩn)

00





3 SO2 SO2 SO2

1 V B M

36

3 SO2

10 0,0198.700.2,926

M =

3600

11,2651 g/s

Lượng khí CO

(với CO =1,25 kg/

m3chuẩn )

00





3

CO

1 V B M

36

3

CO 10 0,0431.700.1,25

M =

3600

10,4757 g/s

Lượng khí CO2

(với CO2 =1,977

kg/m3chuẩn)

0

00





3 CO2 CO2 CO2

1 V B M

36

3 CO2

10 1,384.700 1,977 

M =

3600

532,0327 g/s

Lượng tro bụi

(với hệ số tro bay

theo khói là a )

0 00

buïi

1 a A B M

10.0,475.5.700

M =

3600

4,6181 g/s

Tải lượng các khí ( đơn vị : g/s ) trong sản phẩm cháy là :

2 N ồng độ chất ô nhiễm tại miệng ống khói :

- Khí SO 2 :

2

2

SO

SO

t

3 3

= 3,2151 (g/m )

= 3215,1 (mg/m )

- Khí CO :

CO

CO

t

3 3

L 3,5038

= 2,9898 (g/m )

= 2989,8 (mg/m )

- Khí CO2 :

2

2

CO

CO

t

3 3

= 151,8445 (g/m )

= 151844,5 (mg/m )

- Bụi :

buïi

buïi

t

3 3

L 3,5038

= 1,3180 (g/m )

= 1318,0 (mg/m )

3 So sánh n ồng độ C max các ch ất SO 2, CO, CO2, b ụi với QCVN 19:2009-BTNMT :

Nồng độ các chất ô nhiễm ở miệng ống khói lò đốt được tóm lược trong bảng sau:

4 X ác định chất ô nhiễm cần phải xử lý và đề xuất công nghệ :

Theo bảng trên thì nồng độ các khí thải ra từ lò đốt dầu F.O này đều vượt giới hạn cho phép theo QCVN 19:2009-BTNMT, nồng độ bụi và SO2 vượt đến hơn 6 lần cho phép Nên cần phải có công nghệ xử lý bụi – SO2 hợp lý trước khi xả thải ra môi trường

Đối với bụi có thể sử dụng các công nghệ :

- Buồng lắng bụi

- Các loại Cyclon

- Túi vải

- Các thiết bị lọc quán tính cũng như tĩnh điện

Đối với khí SO2, CO

- Phương pháp hấp thụ : ta có thể sử dụng nước, dung dịch hoặc huyền phù của

muối kim loại kiềm, kiềm thổ

- Phương pháp hấp phụ : có thể sử dụng đá vôi, quặng dolomit, than hoạt tính, …

Đề xuất phương án :

Do nồng độ bụi và khí SO2 quá cao ( vượt chuẩn đến 6 lần ) nên ta phải sử dụng phương pháp có hiệu suất hiệu quả cao thì mới đảm bảo Nhưng cũng phải cân nhắc đến lợi ích kinh tế Vì thế phương pháp xử lý bụi bằng tĩnh điện là không thể thực hiện ở đây Bụi ở đây là loại bụi không cần thu hồi và công nghệ lọc bụi với hiệu suất khoảng 80 – 90% là có thể cho ra khí thải đạt tiêu chuẩn, nên Cyclon để xử lý bụi là hợp lý Còn khí

SO2 và CO có thể xử lý bằng phương pháp hấp thụ :

- Xử lý bụi sơ bộ bằng phương pháp khô tức là cho khí thải đi qua Cyclon khô để

thu hồi bụi bằng phương pháp lọc ly tâm Sau đó ta sử dụng Scubber để xử lý tiếp SO2

SO2 + H2O  SO3- + 2H+

SO3- + Ca(OH)2 CaSO3 + 2H2O

- Đối với khí CO được xử lý bằng cách tiếp tục cho dòng khi đi qua nitơ lỏng để loại bỏ nó Phần khí còn lại đạt tiêu chuẩn sẽ được thải ra môi trường Do tính nồng tính

chất của CO ở đây là dễ dàng chuyển thành CO2 dưới ánh sáng mặt trời Nên hệ thống của chúng ta vào thời tiết mùa hè hoặc thời kỳ nắng nóng thì có thể bỏ qua giai đoạn xử

lý này và thiết kế ống khói xả thải hợp lý để tạo điều kiện cho CO -> CO2

- Khí sạch được thải ra ngoài môi trường có nồng độ bụi SO2, CO đạt chuẩn cho phép (QCVN 19:2009 ) Dung dịch sau khi hấp thụ có chứa nhiều cặn và bùn sunfite và canxi sunfate và một ít bụi tro còn xót lại ( sau khi qua cyclone ) được cho vào bể lắng cặn để tách tinh thể

5 Tính toán l ựa chọn thiết bị v à v ẽ sơ đồ công nghệ hệ thống xử lý

Sơ đồ công nghệ xử lý bụi và khí thải lò hơi đốt dầu F.O

Cyclon khô

Scubber

Tháp hấp thụ CO - Dung dịch đã hấp thụ

Quạt hút

- Dung dịch đã hấp thụ

- Cặn Ca(SO3), Ca(CO3)

Nước sau xử lý thải ra

Khí sạch thoát ra

Bụi được thu hồi

Khí thải

Thiết bị giải nhiệt

Tuần hoàn nước

Thiết bị giải nhiệt

Tuần hoàn nước

Nước có nhiệt

độ cao Nước đi vào

Khí đã lọc bụi

Xử lý Thùng tạo dd

Ca(OH)2

Thuyết minh :

Khí thải từ ống khói được dẫn vào thiết bị giải nhiệt, giải nhiệt bằng nước , tại đây nhiệt độ của khối khí từ 160 oC hạ xuống còn khoảng 50 – 75 oC Nước sau giải nhiệt được tuần hoàn trở lại đường ống dẫn vào để tiết kiệm nước Khí tiếp tục được dẫn tới cyclon khô loại liot lõi xoắn, tại đây các hạt bụi được thu hồi khoản 85 – 90%, những hạt bụi còn lại không thể lắng được do kích thước quá bé tiếp tục theo dòng khí đưa đến scubber Tại đây xảy ra quá trình hấp thụ khí SO2 bằng dung dịch vôi sữa tưới trên lớp đệm bằng vật liệu rỗng Nước chứa axit chảy ra từ sccuber được bổ sung thường xuyên bằng sữa vôi mới Trong nước chảy ra từ scubơ có chứa nhiều sunfit và canxi sunfat dưới dạng tinh thể CaSO3.0,5H2O, CaSO4.2H2O và một ít bụi còn sót sau khi lọc bụi Do

đó cần tách tinh thể trên bằng bộ phận tách tinh thể, là một bình rỗng cho phép dung dịch lưu lại một thời gian để hình thành các tinh thể sunfit và canxi sunfat Sau khi qua bộ phận tách tinh thể dung dịch một phần đi vào tưới cho Scubber Phần còn lại đi vào bình lọc chân không Ở đó các tinh thể bị giữ lại dưới dạng cặn bùn Cặn bùn qua thùng oxy hóa, máy vắt khô ly tâm tạo thành thạch cao thương phẩm hoặc bán cho đơn vị thu mua

Đá vôi được đập vụn và nghiền rồi cho vào thùng để pha trộn với dung dịch loãng từ bộ phận chân không cùng với lượng nước bổ sung để được dung dịch sữa vôi mới

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

CaCO3 + SO2 = CaSO3 + CO2

CaO + SO2 = CaSO3

2CaSO3 + O2 = 2CaSO4

Sau khi được xử lý SO2 xong, khối khí tiếp tục được dẫn vào tháp hấp thụ CO tại đây xảy

ra quá trình hấp thụ vật lý Tiếp theo quạt hút hút khí đến ống khói và khí được thải ra đạt chuẩn cho phép được thải ra ngoài môi trường

Tính toán và chọn thiết bị :

i Thi ế t b ị gi ả i nhi ệ t :

Cấu tạo của thiết bị giải nhiệt gồm hai ống tròn bằng kim loại và có kích thước khác nhau, lồng vào nhau Khí với nhiệt độ cao sẽ đi lên ống nhỏ phía trong, đồng thời nước sẽ

được phun bên ngoài ống nhỏ theo chiều ngược lại Như vậy khí sẽ được làm mát và được dẫn vào thiết bị tiếp theo Còn nước có nhiệt độ cao sẽ thu hồi rồi hạ nhiệt để tuần hoàn lại cho lần xử lý tiếp theo

ii Cyclone liot :

Bụi sau khi giải nhiệt được dẫn vào Cyclon liot dạng có lõi xoắn Do lưu lượng khói ta tính được như trên là Lt ~ 12700 ( m3/h) Nên áp dụng bảng thông số kỹ thuật của Cyclon ( bảng 3.2 trang 18 Giáo Trình ) như sau :

Kích thước chế tạo :

- Lưu lượng 12700 ( m3/h)

- Đường kính ống vào : 500 (mm)

- Vận tốc 12 – 18 ( m/s )

iii Tháp hấp thụ :

d 0

d/2

d

0,2d

2 1

3

4

5

6

Lượng đá vôi cần thiết để xử lý ta có thể tính được qua công thức :

3 3

P CaCO CaCO

S

10 .S M

K.M



- Với β là hệ số khử SO2 trong khói thải được xác định bằng tỉ lệ giữa tải lượng SO2 thực tế và lượng tiêu chuẩn

- K tỉ lệ nguyên chất của đá vôi ( ở đây lấy bằng 0,85 )

Như vậy lượng đá vôi cần sử dụng được tính là :

SO2 SO2(tc)

SO2

=

M 11,2651-6,2928

=

11,2651

=0,4414



3 3

P CaCO CaCO

S

10 .S M

K.M 10.0,4414.2,9.100 =

0,85.32 = 47,061 (kg/t F.O)



Lượng cặn trên 1 tấn nhiên liệu được xác định :

P

S

10 .S

M

10.0,4414.2,9

= (0,83.129+172) + (1-0,85).47,061

32 = 118,6924 (kg/t F.O )



Với hệ thống như trên thì kết quả đầu ra khí thải có thể đạt được như sau :

T

T Thông số Đơn vị Hiệu suất Trước xử lý Sau xử lý

QCVN

05 : 2009/BTNMT

Sau xử lý nồng độ các chất khí ở dưới ngưỡng cho phép xả thải

Hết