Đồ án môn học: Kiểm soát môi trường không khí và tiếng ồn

Nguyễn Thị PhượngPHẦN 1:TÍNH TOÁN PHẦN THIẾT KẾ HỆ THỐNG THÔNG GIÓ BÊN TRONG CÔNG TRÌNH CHO PHÂN XƯỞNG CƠ KHÍ CHƯƠNG 1: TÍNH NHIỆT THỪA BÊN TRONG CÔNG TRÌNH - Hướng gió chủ đạo: Đông Nam

MỤC LỤC

DANH MỤC BẢNG 4

DANH MỤC HÌNH 5

LỜI MỞ ĐẦU 6

CHƯƠNG 1: THIẾT KẾ THÔNG GIÓ CHO PHÂN XƯỞNG CƠ KHÍ 7

1.1 TÍNH NHIỆT THỪA BÊN TRONG CÔNG TRÌNH 7

1.1.1 Lựa chọn các thông số 7

1.1.1.1 Chọn thông số tính toán bên ngoài công trình 7

1.1.1.2 Chọn thông số tính toán bên trong công trình 7

1.1.1.3 Lựa chọn thông số về kết cấu bao che 8

1.1.2 Diện tích kết cấu: 9

Lựa chọn là loại nền không cách nhiệt, với các lớp vật liệu đặc trưng Ta chia nền ra làm 3 lớp như sau 9

1.1.3 Hệ số truyền nhiệt K 10

1.1.4 Tính tổn thất nhiệt 14

1.1.4.1 Tính tổn thất nhiệt qua kết cấu 14

1.1.4.2 Tổn thất nhiệt do rò gió 17

1.1.4.3 Tính tổn thất nhiệt do nung nóng vật liệu mang vào nhà 21

1.1.4.4 Tính tổng tổn thất nhiệt 21

1.1.5 Tính tỏa nhiệt trong phòng 22

1.1.5.1 Tỏa nhiệt do người 22

1.1.5.2 Tỏa nhiệt do chiếu sáng 22

1.1.5.3 Tỏa nhiệt do động cơ điện 23

1.1.5.4 Tỏa nhiệt từ quá trình nguội dần của sản phẩm 24

1.1.5.4.1 Lò nấu đồng 26

1.1.5.4.2 Lò đúc đồng 34

1.1.6 Thu nhiệt do bức xạ mặt trời 42

1.1.6.1 Bức xạ mặt trời qua cửa kính 42

1.1.6.2 Bức xạ mặt trời qua mái 43

1.2.Tính toán lưu lượng thông gió 49

1.2.1 Lưu lượng thông gió chung: 49

1.2.2 Lưu lượng thông gió tự nhiên 49

1.2.3 Lưu lượng thông gió cơ khí : 50

1.3 Sơ đồ không gian bố trí miệng thổi: 51

1.4 Mặt bằng bố trí: 52

1.5 Tính toán thủy lực hệ thống thông gió: 54

1.5.1 Thủy lực ống chính số 54

1.5.2 Thủy lực ống phụ và ống nhánh: 56

1.5.3 Hệ thống hút: 65

1.5.3.1 Tính tổn thất cho ống hút : 65

CHƯƠNG 2: KHUẾCH TÁN Ô NHIỄM 68

2.1 Tính sản phẩm cháy 68

2.1.1 Thông số tính toán 68

2.1.1.1 Mùa hè 68

2.1.1.2 Mùa đông 68

2.2 Tính toán sản phẩm cháy – Lượng khói thải và tải lượng các chất ô nhiễm trong khói: 69

2.2 Xác định chiều cao hiệu quả của ống khói : 76

2.3 Tính nồng độ khuếch tán 78

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ BỤI 87

3.1 Phương án giải quyết: 87

3.2 Lựa chọn thiết bị xử lý bụi 87

Sơ đồ hệ thống xử lý bụi 87

3.3 Tính toán thiết bị 88

3.3.1 Tính chọn cyclon chùm 88

3.3.2 Tính toán thủy lực 89

3.3.2.1 Tổn thất dọc đường: 89

3.3.2.2 Tổn thất cục bộ: 90

3.3.2.3 Tổn thất qua thiết bị: 91

KẾT LUẬN 94

TÀI LIỆU THAM KHẢO: 94

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1: Thông số tính toán bên trong và bên ngoài nhà 7

Bảng 1.2 Tính hệ số truyền nhiệt K 9

Bảng 1.3 Thống kê phân xưởng 11

Bảng 1.4 Tính diện tích truyền nhiệt qua kết cấu bao che 12

Bảng 1.5 Tính nhiệt truyền qua kết cấu bao che vào mùa hè 15

Bảng 1.6 Tính nhiệt truyền qua kết cấu bao che vào mùa đông 16

Bảng 1.7 Lượng nhiệt tiêu hao do rò gió vào mùa hè 19

Bảng 1.8 Lượng nhiệt tiêu hao do rò gió vào mùa đông 20

Bảng 1.9 Tổn thất nhiệt do làm nóng vật liệu 21

Bảng 1.10 Tổng tổn thất nhiệt 21

Bảng 1.11 Tính nhiệt tỏa do người 22

Bảng 1.12 Tính nhiệt tỏa do chiếu sang 22

Bảng 1.13 Tính nhiệt tỏa do động cơ điện 23

Bảng 1.14 Tính tỏa nhiệt từ quá trình nguội dần của sản phẩm nung nóng lò đúc đồng 25

Bảng 1.15 Thống kê lò 25

Bảng 1.16 Tổng nhiệt tỏa của lò nấu đồng 35

Bảng 1.17 Tổng nhiệt tỏa của lò đúc đồng 43

Bảng 1.18 Tính nhiệt thu do bức xạ mặt trời qua cửa kính 44

Bảng 1.19 Hệ số hấp thụ nhiệt bức xạ của bề mặt kết cấu bao che 45

Bảng1.20 Tính nhiệt độ trung bình tổng 46

Bảng 1.21 Tính biên độ dao động nhiệt độ tổng 47

Bảng 1.22 Tính nhiệt bức xạ qua mái 47

Bảng 1.23 Tổng kết nhiệt thừa 48

Bảng 1.24 Tính thủy lực ống chính 1 - 8 – Quạt 51

Bảng 1.25 Thống kê hệ số sức cản cục bộ trên ống chính số 1 52

Bảng 1.26 Tính thủy lực ống phụ 52

Bảng 1.27: Thống kê hệ số sức cản cục bộ trên đoạn ống hút 54

Bảng1.28 Thông số cấu tạo của quạt : 55

Bảng 2.1: Thông số tính toán 57

Bảng 2.2: Thành phần sản phẩm cháy 58

Bảng 2.3: Tính toán sản phẩm cháy – Lượng khói thải và tải lượng các chất ô nhiễm 59 Bảng 2.4 Nồng độ C của bụi và các chất vô cơ làm cơ sở tính nồng độ tối đa cho phép trong khí thải công nghiệp 63

Bảng 2.5 So sánh với QCVN 19-2009/BTNMT 64 Bảng2.6 Số liệu khí tượng địa điểm Tuyên Quang

65

Bảng 2.7 Tính toán chiều cao hiệu quả của ống khói 67

Bảng 2.8 Bảng tính nồng độ cực đại trên mặt đất Cmax tại khoảng cách x theo trục gió thổi 68

Bảng 2.9 Nồng độ Bụi trên trục gió 69

Bảng 2.10 Nồng độ CO trên trục gió 72

Bảng 2.11 Nồng độ SO2 trên trục gió 74

Bảng 2.12 Nồng độ CO2 trên trục gió 76

Bảng 2.13 Tính toán đường ống 82

Bảng 2.14 Kích thước quạt 4-70 N0 8 84

DANH MỤC HÌNH Hình 1: Cấu tạo của tường 7

Hình 2: Chia dải cho nền 8

Hình 3: Hình vẽ thể hiện các hướng bổ sung 14

Hình 4: Phạm vi mặt đón gió Đông Nam 17

Hình 5: Biểu đồ nhiễu xạ 33

Hình 6: Truyền nhiệt qua mái 44

Hình 7: Sơ đồ không gian bố trí hệ thống thông gió trong phân xưởng 50

Hình 8: Cấu tạo chi tiết của quạt 55

Hình 9: Đồ thị nồng biểu diễn nồng độ bụi 70

Hình10: Đồ thị nồng biểu diễn nồng độ CO 73

Hình 11: Đồ thị nồng biểu diễn nồng độ SO2 75

Hình 12: Đồ thị nồng biểu diễn nồng độ CO2 77

Hình 13: Sơ đồ hệ thống xử lý bụi .79

LỜI MỞ ĐẦU

Bảo vệ môi trường được coi là một vấn đề sống còn của nhân loại Với sự phát triển 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 ngành trong 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 công nghiệp và các đô thị lớn vẫn tồn tại dấu hiệu ô nhiễm đáng lo ngại Phần lớn các nhà máy xí nghiệp chưa được trang bị các hệ thống xử lý bụi và khí thải độc hại hàng ngàyhàng giờ vẫn đang thải vào khí quyển một lượng lớn các chất độc hại làm cho bầu khí quyển xung quanh các nhà máy trở nên ngột ngạt khó chịu, ảnh hưởng rất nhiều đến môi trường xung quanh và sinh vật sinh sống tại đó

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 Nguyễn Phước Quý An hướng dẫn, em đã hoàn thành đồ án

Nội dung đồ án gồm các vấn đề: Tính toán thông gió cho nhà công nghiệp Tínhtoán sự khuếch tán ô nhiễm từ các ống khói Thiết kế hệ thống xử lý bụi đạt yêu cầu cho phép và 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

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Thị Phượng

PHẦN 1:TÍNH TOÁN PHẦN THIẾT KẾ HỆ THỐNG THÔNG GIÓ BÊN

TRONG CÔNG TRÌNH CHO PHÂN XƯỞNG CƠ KHÍ

CHƯƠNG 1: TÍNH NHIỆT THỪA BÊN TRONG CÔNG TRÌNH

- Hướng gió chủ đạo: Đông Nam (Lấy theo thành phố Tuyên Quang- [1])

- Vận tốc gió mùa hè: V gio

- Hướng gió chủ đạo: Đông Nam (Lấy theo thành phố Tuyên Quang- [1])

- Vận tốc gió mùa đông: V gio

D

= 2(m/s) (Vận tốc gió trung bình tháng 1 theo

thành phố Tuyên Quang, Bảng 2.16 - [1]).

1.1.2 Chọn thông số tính toán bên trong công trình

Lớp vữa

Lớp gạch chịu lực Lớp vữa

Nhiệt độ không khí tính toán bên trong nhà cần cao hơn bên ngoài nhà từ 1-3oC

Do vậy ở đây ta chọn nhiệt độ này là: t T H = 34 oC

t T D = 20 ÷ 220C Chọn : t T D = 220C

Bảng 1.1: Thông số tính toán bên trong và bên ngoài nhà

1.1.1.3 Lựa chọn thông số về kết cấu bao che

Lựa chọn kết cấu bao che cho các bộ phận của công trính phân xưởng như sau:

 Tường ngoài: tường chịu lực, gồm có ba lớp:

Hình 1: Cấu tạo của tường

Lớp 1: lớp vữa vôi trát mặt ngoài với các thông số

Dày:δ1=15 mm

Hệ số dẫn nhiệt: λ1= 0,8 Kcal/m.h.0C

Lớp 2: lớp gạch phổ thông xây với vữa nặng với các thông số

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

1,702

1 7,5 +

0,005 0,85 +

1 20

5,285

3 Cửa chính K cc= 1

1 7,5 +

0,002

1 20

5,453

1 7,5 +

0,005 0,85 +

1 20

0,797

Bảng 1.3 Thống kê phân xưởng

Chiều cao (mm)

Chiều dài (mm)

Chiều cao (mm)

Số lượng (cái)

Chiều dài (mm)

Chiều cao (mm)

Số lượng (bộ) (1

bộ = 8 cửa)

Chiều dài (mm)

Chiều cao (mm)

Số lượng (cái)

Chiều dài (mm)

Chiều rộng (mm)

-Bảng 1.4 Tính diện tích truyền nhiệt qua kết cấu bao che

STT Kết cấu bao che a (mm) h, b

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

F: Diện tích kết cấu bao che (m2)

Δtttt: 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 [5] )

- Trong công thức tính toán này, đối với các tường ngoài, cửa ta cần phải bổ sungthêm lượng nhiệt mất mát do sự trao đổi nhiệt bên ngoài tăng lên ở các hướng khácnhau, nó làm tăng các trị số tổn thất nhiệt đã tính toán

Hình 3: Hình vẽ thể hiện các hướng bổ sung

1.4.2 Tổn thất nhiệt do rò gió

- Hướng gió chính mùa hè của phân xưởng là hướng Đông Nam, tính tổn thất nhiệt

do rò gió cho mùa hè, cửa chịu tác động của gió là cửa tường Đông và tường Nam.Với vị trí này thì các cửa trên tường Đông đón gió 65% diện tích thực

Hình 4: Phạm vi mặt đón gió Đông Nam

- Hướng gió chính mùa đông của phân xưởng cũng là hướng Bắc, tính tổn thất nhiệt

do rò gió cho mùa đông, cửa chịu tác động của gió là cửa tường Bắc Do đó cáccửa trên tường Bắc đón gió 100% diện tích thực

- Ck: tỉ nhiệt của không khí, Ck = 0,24 kcal/kg.0C

- Ggió: lượng gió rò vào nhà

gi

- g (kg/h.m) : là lượng không khí lọt vào nhà qua 1m chiều dài khe hở cùng

loại, lấy theo Bảng 4: Lượng không khí lọt vào nhà qua 1m cửa –[2]

o Đối với mùa hè hướng gió Đông: vgióH = 1,3 m/s => gh= 5,34 kg/h.m

o Đối với mùa đông hướng gió Đông: vgióĐ= 1,2 m/s => gđ= 6 kg/h.m

- a là hệ số phụ thuộc vào loại cửa

o Đối với cửa 1 lớp khung kim loại thì: cửa sổ a = 0,65

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

- t Ttt : Nhiệt độ tính toán của không khí trong nhà tùy mùa đang tính toán (oC)

- t Ntt : Nhiệt độ tính toán của không khí ngoài nhà tùy mùa đang tính toán (oC)

Bảng 1.7 Lượng nhiệt tiêu hao do rò gió vào mùa hè

Nam

Cửa sổ(cửakính)

Bảng 1.8 Lượng nhiệt tiêu hao do rò gió vào mùa đông

1.4.3 Tính tổn thất nhiệt do nung nóng vật liệu mang vào nhà.

Công thức tính: Q TT VL=G ×C×( t C−t D)γ (Kcal/h)

Với: G: là lượng thép đưa vào nhà trong một giờ

G = 450kg/h

tC : là nhiệt độ của thép sau khi đưa vào phòng tC = tTtt

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

γ = 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 đồng

1.5.1 Tỏa nhiệt do người

Q tnguoi=q×n (Kcal/h)

Trong đó:

- n: là số người, n = 37 người

- q (kcal/ người): lượng nhiệt hiện do một người toả vào không khí trong phòng

trong 1 giờ Tra bảng 2.5 [2]

o Mùa hè (33,50C): q= 20,5 Kcal/h

o Mùa đông (220C): q = 98 Kcal/h

Bảng 1.11 Tính nhiệt tỏa do người

- 0,86 : hệ số hoán đổi đơn vị từ W sang Kcal

- a – công suất phát nhiệt do các thiết bị chiếu sáng nhà công nghiệp, a = 18 – 24 W/

1.5.3 Tỏa nhiệt do động cơ điện

Q TĐC=860×η1×η2×η3×η4×∑N (kcal/h )Trong đó

- 860: hệ số hoán đổi đơn vị từ KW sang Kcal.

- η 1 : là hệ số sử dụng công suất lắp đặt máy, η 1 = 0,7 – 0,9

- η 2 : hệ số tải trọng, tỉ số giữa công suất yêu cầu với công suất cực đại, η 2 = 0,5 – 0,8

- η 3 : hệ số làm việc không đồng thời của động cơ điện, η 3 = 0,5 – 1,0

- η 4 :hệ số kể đến cường độ nhận nhiệt của môi trường không khí, η 4 = 0,85 – 1,0

Lấy η 1 η 2 η 3 η 4 = 0,25

- ΣN: tổng công suất của động cơ điện.N: tổng công suất của động cơ điện.

Bảng 1.13 Tính nhiệt tỏa do động cơ điện

Kí

Công suất (kW)

Số lượng (cái)

Tổng công suất Σl (m)N (kW)

14 Máy cắt tấm N475 9 3 27

1.5.4 Tỏa nhiệt từ quá trình nguội dần của sản phẩm

Sản phẩm sau khi được nấu chảy ở lò nấu đồng, được rót vào lò đúc đồng Tại đây xảy

ra quá trình làm nguội dần có thay đổi trạng thái Nhiệt tỏa ra từ quá trình này đượctính theo công thức

Qsp (kJ/h) = Gsp.[Cl(tđ - tnc) + r + Cr(tnc - tc)]

Trong đó :

- Cr : tỉ nhiệt trung bình của sản phẩm ở thể rắn (Cr), kJ/kg.0C

- Cl : tỉ nhiệt trung bình của sản phẩm ở thể lỏng (Cl), kJ/kg.0C

Bảng 1.14 Tính tỏa nhiệt từ quá trình nguội dần của sản phẩm nung nóng lò đúc đồng

Giả sử nhiệt độ bề mặt trong của thành lò nhỏ hơn nhiệt độ trong lò 5 oC

0,20,1+

→ αalignl ¿ 3 ¿¿¿ = 2,2.(78-34)0,25+

4,2 78−34 . [ ( 78+273 100 )4− ( 34 +273 100 )4] = 11,676(Kcal/

-Vậy lượng nhiệt truyền qua thành lò trong 1m2

m2.hoC)

- Tính q α : lượng nhiệt tỏa ra trên 1 m2 bề mặt thành lò

-Vậy lượng nhiệt truyền qua thành lò trong 1m2

b Tỏa nhiệt qua nóc lò

Cấu tạo của nóc lò giống như các lớp của tường lò nên lượng nhiệt tỏa ra tính cho 1m2 nóc lò là giống như thành lò.Tuy nhiên nóc lò là bề mặt nóng nằm ngang có hướng tỏa nhiệt lên phía trên nên cường độ tảo nhiệt mạnh hơn tường đứng và xấp xỉ 1,3 lần

Giả sử nhiệt độ bề mặt trong của nóc lò nhỏ hơn nhiệt độ trong lò 5 oC

0,20,1+

QĐ = 1,3 q F = 1,3 520,667 2,25 = 1522,951 (kcal/h)

ĐL = 1,3 qH .FĐL = 1,3 516,377 2,25= 1510,403 (kcal/h)

c Tỏa nhiệt qua đáy lò

Tổn thất nhiệt qua đáy lò thấp hơn tổn thất nhiệt qua tường và nóc lò Tính toán lượng nhiệt tỏa ra tương đối phức tạp nên có thể tính gần đúng theo công thức sau:

Qđáy = 0,7 q Fđáy

QĐ

đáy = 0,7 qĐ .Fđáy = 0,7 520,667 1,52 = 820,05 (kcal/h)

QH

đáy = 0,7 qH Fđáy = 0,7 516,377 1,52 = 813,294 (kcal/h)

d Tỏa nhiệt qua cửa lò

Cấu tạo cửa lò:

- Lớp 1: Chịu lửa, δ 1 = 0,3m, λ1 = 1,2 kcal/m.h.0C

0,20,1

→ αalignl ¿ 3 ¿¿¿ = 2,2.(78-34)0,25+

4,2 78−34 . [ ( 78+273 100 )4− ( 34+273 100 )4] = 11,736(Kcal/

m2.hoC)

- Tính q α : lượng nhiệt tỏa ra trên 1 m2 bề mặt cửa lò

527,246 | = 0,87%¿ 5% (giả thiết thoả mãn)

-Vậy lượng nhiệt truyền qua cửa lò trong 1m2

K: Hệ số nhiễu xạ khi mở cửa lò K phụ thuộc vào kích thước của lò và bề dàycửa lò δ =0,5 m và cửa lò hình vuông (tra biểu đồ hình 2.11[4] )

Bảng 1.16 Tổng nhiệt tỏa của lò nấu đồng

h)

Qtổng (kcal/h)30%

Đông

6050,73

Giả sử nhiệt độ bề mặt trong của thành lò nhỏ hơn nhiệt độ trong lò 5 oC

0,20,1+

0 ,02

0,7

=0 , 44

491,092 | = 0,25%¿ 5% (giả thiết thoả mãn)

-Vậy lượng nhiệt truyền qua thành lò trong 1m2

495,047 | = 0,92%¿ 5% (giả thiết thoả mãn)

-Vậy lượng nhiệt truyền qua thành lò trong 1m2

Q TL Đ

= qĐ.FTl =497,32 11,75 = 5843,51(kcal/h)

Q TL H

= qH.FTl = 491,705 11,75= 5777,534 (kcal/h)

b Tỏa nhiệt qua nóc lò

Cấu tạo của nóc lò giống như các lớp của tường lò nên lượng nhiệt tỏa ra tính cho 1m2 nóc lò là giống như thành lò.Tuy nhiên nóc lò là bề mặt nóng nằm ngang có

hướng tỏa nhiệt lên phía trên nên cường độ tảo nhiệt mạnh hơn tường đứng và xấp xỉ 1,3 lần

Giả sử nhiệt độ bề mặt trong của nóc lò nhỏ hơn nhiệt độ trong lò 5 oC

0,20,1+

- Tính q α : lượng nhiệt tỏa ra trên 1 m2 bề mặt nóc lò

493,9 | = 0,0026%¿ 5% (giả thiết thoả mãn)

-Vậy lượng nhiệt truyền qua nóc lò trong 1m2

- Tính qk :lượng nhiệt đi qua 1m2 bề dày nóc lò

QĐ

ĐL = 1,3 qĐ .FĐL = 1,3 494,9 2,25 = 1447,583 (kcal/h)

QH

ĐL = 1,3 qH .FĐL = 1,3 493,907 2,25=1444,678 (kcal/h)

c Tỏa nhiệt qua đáy lò

Tổn thất nhiệt qua đáy lò thấp hơn tổn thất nhiệt qua tường và nóc lò Tính toán lượng nhiệt tỏa ra tương đối phức tạp nên có thể tính gần đúng theo công thức sau:

Qđáy = 0,7 q Fđáy

QĐ

đáy = 0,7 qĐ .Fđáy = 0,7 494,9 1,52 = 779,468(kcal/h)

QH

đáy = 0,7 qH Fđáy = 0,7 493,907 1,52 = 777,904(kcal/h)

d Tỏa nhiệt qua cửa lò

Cấu tạo cửa lò:

- Lớp 1: Chịu lửa, δ 1 = 0,3m, λ1 = 1,2 kcal/m.h.0C