Luận văn Tính toán thiết kế hệ thống xử lý khí xi măng lò đứng công suất 1000 tấn clinke/ngày

Luận văn Tính tốn thiết kế hệ thống xử lý khí xi măng lò đứng cơng suất 1000 clinke/ngày Tính tốn thiết kế hệ thống xử lý khí xi măng lò đứng cơng suất 1000 clinke/ngày Lời cảm ơn Lời em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Th.S Trần Ngọc Tân tận tình dẫn, giúp đỡ, tạo điều kiện tốt cho em hoàn thành đồ án tốt nghiệp Em xin gửi lời cảm ơn đến thầy cô giáo Viện Khoa học Công nghệ môi trường cung cấp kiến thức quý báu cho em thời gian qua Và cuối em xin chân thành cảm ơn đến người thân gia đình, bạn bè em hết lòng giúp đỡ, động viên đóng góp ý kiến cho em nhiều q trình hồn thành đồ án Em xin chân thành cảm ơn ! Hà nội, ngày 16 tháng 06 năm 2010 Sinh viên Nguyễn Thị Hiền Viện khoa học Công nghệ môi trường (INEST) ĐHBKHN – Tel :(84.4) 8681686 – Fax :(84.4) 8693551 Tính tốn thiết kế hệ thống xử lý khí xi măng lò đứng cơng suất 1000 clinke/ngày Mục lục Danh mục bảng Danh mục hình Mở đầu Chương I : TỔNG QUAN NGÀNH CÔNG NGHIỆP SẢN XUẤT XI MĂNG.10 I.1/ Một vài nét ngành công nghiệp sản xuất xi măng 10 I.1.1/ Lịch sử đời xi măng 10 I.1.2/ Tình hình phát triển ngành cơng nghiệp xi măng nước giới 10 I.1.2.1/ Trên giới [2] .10 a./ Nhu cầu xi măng .10 b./ Tình hình sản xuất tiêu thụ xi măng số nước 11 I.1.2.2/ Ở Việt Nam 12 a./ Một số doanh nghiệp ngành 14 b./ Tình hình sản xuất kinh doanh Tổng công ty Công nghiệp xi măng Việt Nam 16 I.2/ Nguyên – nhiên liệu dùng trình sản xuất [5,6] 19 I.2.1/ Nguyên liệu để sản xuất xi măng 19 I.2.1.1/ Thành phần hóa clinke xi măng Poolăng 19 I.2.1.2/ Nhóm khống clinke xi măng Poolăng 20 I.2.1.3/ Nhóm phụ gia điều chỉnh hệ số .23 I.2.2/ Nhiên liệu để sản xuất xi măng 23 I.3/ Công nghệ sản xuất xi măng .24 I.3.1/ Quy trình cơng nghệ sản xuất xi măng 24 I.3.2/ So sánh công nghệ sản xuất xi măng 28 I.3.3/ So sánh môi trường 29 I.4./ Đặc trưng chất thải từ trình sản xuất xi măng 30 I.4.1./ Bụi .31 I.4.1.1/ Bụi thô 31 I.4.1.2./ Bụi mịn 31 I.4.2./ Khí thải 32 Viện khoa học Công nghệ môi trường (INEST) ĐHBKHN – Tel :(84.4) 8681686 – Fax :(84.4) 8693551 Tính tốn thiết kế hệ thống xử lý khí xi măng lò đứng cơng suất 1000 clinke/ngày I.4.2.1./ Khí CO CO2 .32 I.4.2.2./ Khí SO2 33 I.4.2.3./ Khí NOx .33 I.4.2.4./ Khí HF 34 I.4.2.5./ Tro khói 34 I.4.3./ Nước thải .34 I.4.4./ Xỷ than thải 35 I.4.5./ Tiếng ồn 35 I.4.6./ Ô nhiễm nhiệt 35 I.5./ Các giải pháp giảm thiểu xử lý chất ô nhiễm môi trường 36 I.5.1./ Áp dụng biện pháp thông thường 36 I.5.2/ Áp dụng công nghệ đại vào sản xuất xi măng .36 I.5.3/ Áp dụng chế phát triển CDM 37 I.5.4/ Áp dụng phương pháp sản xuất .37 Chương II : TÍNH TỐN PHỐI LIỆU CLINKER XI MĂNG POOCLĂNG VÀ NỒNG ĐỘ KHÍ Ơ NHIỄM TRONG CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT XI MĂNG .38 II.1./ Tính tốn phối liệu clinker xi măng poolăng [5] .38 II.1.1./ Thành phần nguyên nhiên liệu sản xuất clinker 38 II.1.2./ Lượng nguyên nhiên liệu cần thiết .39 II.1.2.1/ Lượng nhiên liệu cần thiết để nung kg clinker 39 II.1.2.2./ Lượng nguyên liệu cần thiết để nung kg clinker 40 II.1.2.2./ Kiểm tra lại thông số chọn .43 II.2./ Tính tốn nồng độ khí nhiễm : [7] 45 Chương III : LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN XỬ LÝ KHÍ Ơ NHIỄM 51 III.1./ Các tính chất bụi hiệu tách bụi 51 III.1.1/ Độ phân tán phân tử 51 III.1.2./ Tính kết dính bụi 51 III.1.3./ Độ mài mòn bụi 51 III.1.4./ Độ thấm ướt bụi 52 III.1.5./ Độ hút ẩm bụi .52 III.1.6./ Độ dẫn điện lớp bụi 52 III.1.7./ Sự tích điện lớp bụi 52 Viện khoa học Công nghệ môi trường (INEST) ĐHBKHN – Tel :(84.4) 8681686 – Fax :(84.4) 8693551 Tính tốn thiết kế hệ thống xử lý khí xi măng lò đứng cơng suất 1000 clinke/ngày III.1.8./ Tính tự bốc nóng tạo hỗn hợp dễ nổ với khơng khí 52 III.1.9./ Hiệu thu hồi bụi 52 III.2./ Các phương pháp xử lý bụi 53 III.2.1./ Phương pháp khô 53 III.2.1.1./ Buồng lắng bụi 54 III.2.1.2./ Thiết bị tách bụi kiểu quán tính 55 III.2.1.3./ Cyclon 55 III.2.1.4./ Thiết bị tách bụi lực tĩnh điện 56 III.2.2./ Phương pháp ướt .57 III.2.2.1./ Tháp rửa .57 III.2.2.2./ Cyclon ướt 58 III.2.2.3./ Thiết bị Ventury 59 III.3./ Các phương pháp xử lý khí SO2 .59 III.3.1./ Trộn thêm đá vôi vào than đá 59 III.3.2./ Hấp thụ sữa vôi 60 III.3.3./ Hấp thụ sữa vôi kết hợp với MgSO4 60 III.3.4./ Một số phương pháp khác 61 III.4./ Lựa chọn công nghệ xử lý .61 Chương IV : TÍNH TỐN THIẾT BỊ XỬ LÝ 63 IV.1./ Tính tốn thiết bị lọc bụi Ventury [7,8,9] 63 IV.1.1./ Tính tốn ống Ventury .63 IV.1.2./ Tính tốn hiệu lọc thiết bị Venturi [7,8,9,10] .65 IV.2./ Tính tốn thiết bị xử lý khí : .69 IV.2.1./ Cơ sở tính tốn q trình hấp thụ : 69 IV.2.2./ Tính toán tháp rửa .73 IV.2.2.1./ Tính chiều cao làm việc đường kính tháp 73 IV.2.2.2./ Tính đường kính ống dẫn khí vào tháp khỏi tháp 74 IV.2.2.3./ Đường kính ống dẫn dung dịch hấp thụ .74 IV.2.2.4./ Tính tốn khí [11] 75 a./ Tính chiều dày thân tháp 75 b./ Tính nắp thiết bị: .78 c./ Tính bích nối : 79 Viện khoa học Công nghệ môi trường (INEST) ĐHBKHN – Tel :(84.4) 8681686 – Fax :(84.4) 8693551 Tính tốn thiết kế hệ thống xử lý khí xi măng lò đứng cơng suất 1000 clinke/ngày IV.3./ Tính tốn thiết bị phụ : [11,12] 81 IV.3.1./ Tính tốn bơm dẫn lỏng vào tháp : 81 IV.3.2./ Tính tốn bơm dẫn nước vào ống Venturi 84 IV.3.3./ Tính tốn quạt hút khí .84 IV.3.3.1./ Tính tổn thất áp suất 84 IV.3.3.2./ Công suất quạt 86 Chương V : TÍNH TỐN CHI PHÍ XỬ LÝ 87 V.1./ Chi phí thiết bị 87 V.1.1./Hệ thống đường ống 87 V.1.2./ Tháp rửa rỗng .87 V.1.3./ Các thiết bị khác 87 VI.2 Chi phí thiết kế thi công 88 VI.3 Chi phí 1ngày 88 Kết luận 89 Tài liệu tham khảo 90 Viện khoa học Công nghệ môi trường (INEST) ĐHBKHN – Tel :(84.4) 8681686 – Fax :(84.4) 8693551 Tính tốn thiết kế hệ thống xử lý khí xi măng lò đứng cơng suất 1000 clinke/ngày Danh mục bảng Bảng I – Các nước tiêu thụ nhiều xi măng hành tinh .12 Bảng I 2- Kết Sản xuất – kinh doanh năm 2009 ViCem: [4] 16 Bảng I – So sánh công nghệ sản xuất xi măng 28 Bảng I – Tổng hợp kết cân vật chất, lượng thải loại hình sản xuất xi măng ( tính cho 1000 sản phẩm ) 29 Bảng I.7 – Các dòng thải từ trình sản xuất xi măng 30 Bảng II – Thành phần hóa học nguyên liệu : 38 Bảng II – Thành phần hóa học quy đổi 100% .38 Bảng II – Thành phần hóa học sau nung .39 Bảng II – Thành phần hóa học than 39 Bảng II – Mối tương quan KH, n p .40 Bảng II – Thành phần hóa học oxit 40 Bảng II – Thành phần khoáng clinker 43 Bảng II – Nguyên nhiên liệu sử dụng để nung 1kg clinker 44 Bảng II – Lượng khói thải tải lượng chất nhiễm khói ứng với lượng nhiên liệu tiêu thụ B kg/h .45 Bảng II 10– Nồng độ phát thải chất ô nhiễm khói thải 49 Bảng II 11 – Nồng độvà thành phần chất ô nhiễm khí thải 49 Bảng II 12 – Nồng độ C thông số ô nhiễm khí thải cơng nghiệp sản xuất xi măng ( QCVN 23 : 2009 ) 50 Bảng III – Các nhóm bụi 51 Bảng III – Các thông số đặc trưng thiết bị thu hồi bụi khô 53 Bảng IV – Nhiệt dung riêng cấu tử khói thải .65 Bảng IV – Khối lượng riêng cấu tử khói thải .66 Bảng IV – Độ nhớt cấu tử khói thải .68 Bảng IV – Phân bố đường kính trung bình khói lò 69 Bảng IV – Phân bố đường kính trung bình khói thải xi măng 69 Bảng IV - Các thơng số bích nối thiết bị 80 Bảng IV - Các thơng số bích nối ống dẫn với thiết bị 80 Viện khoa học Công nghệ môi trường (INEST) ĐHBKHN – Tel :(84.4) 8681686 – Fax :(84.4) 8693551 Tính tốn thiết kế hệ thống xử lý khí xi măng lò đứng cơng suất 1000 clinke/ngày Danh mục hình Hình I – Biểu đồ kết sản xuất kinh doanh năm 2009 17 Hình I – Biểu đồ tương quan tiêu thụ xi măng miền năm 2009 .17 Hình I – Đồ thị tương quan thị phần xi măng năm 2008 - 2009 .18 Hình I – Biểu đồ tương quan tiêu thụ sản phẩm 18 Hình I 5– Sơ đồ quy trình cơng nghệ sản xuất xi măng lò đứng 25 Hình I – Sơ đồ quy trình sản xuất xi măng lò quay ( ướt + khơ ) 26 Hình III – Buồng lắng 54 Hình III – Cyclon lọc bụi 55 Hình III – Thiết bị lọc bụi tĩnh điện 56 Hình III – Tháp rửa rỗng 57 Hình III – Cyclon ướt 58 Hình III – Thiết bị Venturi 59 Hình IV : Sơ đồ tính tốn ống Ventury 63 Hình IV – Mặt cắt nắp thiết bị 78 Viện khoa học Công nghệ môi trường (INEST) ĐHBKHN – Tel :(84.4) 8681686 – Fax :(84.4) 8693551 Tính tốn thiết kế hệ thống xử lý khí xi măng lò đứng công suất 1000 clinke/ngày Mở đầu Xi măng vật liệu thông dụng ngành công nghiệp xây dựng Xi măng có mặt đời sống người hàng nghìn năm qua người sử dụng hầu hết cơng trình xây dựng Theo dự đốn xi măng chất kết dính chủ lực kỷ tới Đất nước ta trải qua chiến tranh tàn phá sở hạ tầng thất kén Do nhu cầu sử dụng xi măng ngày tăng nước ta bước vào thời kỳ đổi tiến tới cơng nghiệp hố đại hố đất nước Hàng loạt cơng trình xây dựng: thuỷ điện, cầu cống, đường xá, cơng trình thuỷ lợi, nhà , tiêu thụ lượng xi măng lớn Mặc dù, sản lượng xi măng sản xuất nước ngày tăng nhanh không đủ nhu cầu sử dụng nước Vì vậy, việc tăng sản lượng xi măng nhằm cân đối cung - cầu nước, phần tham gia xuất mục tiêu ngành công nghiệp xi măng Việt Nam Để góp phần thúc đẩy tăng trưởng kinh tế đất nước đồng thời thực mục tiêu việc xây dựng nhà máy xi măng cần thiết Tuy nhiên, trình hoạt động sản xuất ngành công nghiệp xi măng thải nhiều chất ô nhiễm gây hại cho người môi trường sống Công nghệ sản xuất xi măng lò đứng phát thải nhiều chất nhiễm cơng nghệ sản xuất xi măng lò quay Hiện hầu hết sở, nhà máy sản xuất xi măng dần chuyển sang cơng nghệ lò quay để nâng cao chất lượng sản phẩm phần giảm nồng độ phát thải Đề tài tốt nghiệp giao “ Tính tốn thiết kế hệ thống xử lý khí xi măng lò đứng cơng suất 1000 clinker/ngày ” gồm phần chính: - Tổng quan ngành cơng nghiệp xi măng ảnh hưởng khí thải người mơi trường sống Tính tốn thiết kế hệ thống xử lý khí thải xi măng lò đứng Nội dung đồ án gồm phần: Chương I: Tổng quan ngành cơng nghiệp xi măng Chương II: Tính tốn phối liệu clinker xi măng pooclang nồng độ khí ô nhiễm công nghệ sản xuất xi măng Chương III: Lựa chọn phương pháp xử lý khí nhiễm Chương IV: Tính tốn thiết bị xử lý Chương V: Tính tốn chi phí xử lý Viện khoa học Công nghệ môi trường (INEST) ĐHBKHN – Tel :(84.4) 8681686 – Fax :(84.4) 8693551 Tính tốn thiết kế hệ thống xử lý khí xi măng lò đứng cơng suất 1000 clinke/ngày Chương I: TỔNG QUAN NGÀNH CÔNG NGHIỆP SẢN XUẤT XI MĂNG I.1/ Một vài nét ngành công nghiệp sản xuất xi măng I.1.1/ Lịch sử đời xi măng Vào thời tối cổ, người biết đến vôi đất sét sử dụng chúng thứ vữa để gắn viên đá lại với Khoảng 3000 năm trước Công nguyên người Ai Cập dùng vơi tơi làm vật liệu (được thấy Kim tự tháp Cheops) 1000 năm trước Công nguyên, người Hy Lạp sử dụng vôi trộn với đất núi lửa Santorin 100 năm trước Công nguyên người La Mã dùng vôi tro núi lửa miền Puzzolles tạo thành vật liệu gọi bê tông Thế kỷ I, kiến trúc sư La Mã viết: "Có loại bột tìm thấy gần vùng Vennuvious mang tính chất kỳ lạ Loại bột trộn với vơi mủ cao su khơng thích hợp cho việc xây dựng nhà cửa mà đơng cứng nước" Đến kỷ TCN người La Mã phát minh xi măng (nhưng khơng có cốt thép) dùng xây dựng công thức xi măng họ bị thất truyền Năm 1750 Smeaton xây dựng hải đăng Eddyston vùng Cornualles, ơng khám phá : chất kết dính tốt hỗn hợp đá vôi đất sét Năm 1789 loại xi măng chất lượng kĩ sư Smeaton (Anh) với việc cho thêm có mặt đất sét cuội sét đá vôi Năm 1812 Louis Vicat (Pháp) hoàn chỉnh khám phá Smeaton cách xác định tỷ lệ hỗn hợp Năm 1824 Joseph Aspdin với sáng chế chất kết dính sở nung hỗn hợp phần đá vôi phần đất sét Và 20 năm sau, Isaac Charles John đẩy thêm bước cách nâng cao nhiệt độ nung tới mức làm nóng chảy phần nguyên liệu trước kết nối thành clinker Từ thời tối cổ người biết sử dụng đất sét vơi để kết dính viên đất lại với Phải trải qua trình dài nhà nghiên cứu tìm tòi thêm cơng thức mới, hợp chất để tạo nên hợp chất kết nối vững xi măng Đó thành tựu lớn khoa học nghiên cứu ứng dụng lồi người [1] I.1.2/ Tình hình phát triển ngành công nghiệp xi măng nước giới I.1.2.1/ Trên giới [2] a./ Nhu cầu xi măng Năm 2002, nhu cầu xi măng toàn giới đạt 1,7 tỷ Năm 2004 2,16 tỷ Năm 2005 (dự kiến ) 2,246 tỷ (tăng gần 4% so với 2004) Riêng Trung Quốc năm 2005 ước tính đạt 1,06 tỷ (tăng 9,2% so với 2004) Nhu cầu xi măng toàn giới năm 2020 3,06 tỷ (riêng nhu cầu nước phát triển chiếm 84%) Viện khoa học Công nghệ môi trường (INEST) ĐHBKHN – Tel :(84.4) 8681686 – Fax :(84.4) 8693551 10 Tính tốn thiết kế hệ thống xử lý khí xi măng lò đứng cơng suất 1000 clinke/ngày Thể tích tháp rửa : Trong : V : thể tích tháp rửa , m3 H : chiều cao tháp , m Trong tháp rửa người ta thường chọn tỷ số = ÷ Để tính chiều cao tháp rửa ta chọn H = 2,5D Thể tích làm việc tháp : Chiều cao xây dựng tháp: Ht = H + h h : chiều cao đỉnh tháp Chọn h = 0,25H = 0,25.18 = 4,5 m Vậy chiều cao xây dựng tháp : Ht = 18 + 4,5 = 22,5 m IV.2.2.2./ Tính đường kính ống dẫn khí vào tháp khỏi tháp Ống dẫn khí vào tháp nối với thiết bị lọc bụi ống Venturi nên ta chọn đường kính ống dẫn khí vào tháp với đường kính ống Venturi : dv = dventuri = 1,6 m Cho tháp làm việc áp suất 1atm, vận tốc dùng khí vào vận tốc dòng khí : dv = dr = 1,6 m IV.2.2.3./ Đường kính ống dẫn dung dịch hấp thụ Theo bảng II.2 [10] ta có vận tốc dung dịch hấp thụ ống đẩy bơm :  = 1,5 – 2,5 (m/s) Chọn  = 1,5 (m/s) Lưu lượng dung dịch hấp thụ vào tháp : V = 10,045 m3/h = 2,8.10-3 m3/s Chọn đường kính ống ddd = 50 mm IV.2.2.4./ Tính tốn khí [11] a./ Tính chiều dày thân tháp Thiết bị làm việc áp suất khí quyển, dùng để hấp thụ khí SO 2, thân tháp hình trụ , chế tạo cách vật liệu với kích thước định, hàn ghép mối Chọn thân tháp làm vật liệu OX18H10T Chọn thép không gỉ, bền nhiệt chịu nhiệt Thông số giới hạn bền kéo giới hạn bền chảy thép loại OX18H10T, tra bảng XII , ta có : Viện khoa học Công nghệ môi trường (INEST) ĐHBKHN – Tel :(84.4) 8681686 – Fax :(84.4) 8693551 73 Tính tốn thiết kế hệ thống xử lý khí xi măng lò đứng cơng suất 1000 clinke/ngày k = 550.106 N/m2 c = 220.106 N/m2 Độ giãn tương đối:  = 38% Độ nhớt va đập: ak = 2.10-6 J/m2 Chọn chiều dày thân hình trụ, làm việc với áp suất bên P xác định theo cơng thức: Trong đó: Dt : Đường kính tháp, m  : hệ số bền thành thân trụ theo phương dọc C : hệ số bổ sung ăn mòn, bào mòn dung sai chiều dầy, m [k] : ứng suất cho phép loại thép OX18H10T P : áp suất thiết bị ứng với chênh lệch áp suất lớn bên bên ngồi tháp, N/m2 Tính P: P = Plv + Ptt Với : Plv - áp suất làm việc, Plv = at = 0,981.105 N/m2 Ptt - áp suất thuỷ tĩnh cột chất lỏng: Ptt = .g.H (N/m2) Trong đó:  : khối lượng riêng chất lỏng(dung dịch nước vôi trong), kg/m3  = 997,73 kg/m3 g - gia tốc trọng trường = 9,81 m/s2 H : chiều cao cột chất lỏng, H = 18 m Do đó: Ptt = .g.H = 997,73.9,81.18 = 176179 (N/m2) Suy ra: P = Plv + Ptt = 0,98.105 +176179 = 274179 (N/m2)  Tính  : Hệ số bền thành thân trụ theo phương dọc, ta tra theo bảng XIII.8 Viện khoa học Công nghệ môi trường (INEST) ĐHBKHN – Tel :(84.4) 8681686 – Fax :(84.4) 8693551 74 Tính tốn thiết kế hệ thống xử lý khí xi măng lò đứng cơng suất 1000 clinke/ngày Với hàn tay hồ quang điện, thép không gỉ, thép cácbon lớp nên chọn  = h = 0,95  Tính đại lương bổ sung C: C = f (độ ăn mòn, độ mài mòn, dung sai) C = C1 + C2 + C3 (m) Trong đó: C1 : hệ số bổ sung ăn mòn Đối với vật liệu bền (0,05- 0,1 mm/năm) lấy C1 = 1mm = 10-3 m (Tính theo đơn vị thời gian làm việc từ 15 - 20 năm) C2 : đại lượng bổ sung bào mòn, bỏ qua C2 = C3 : đại lượng bổ sung dung sai chiều dày phụ thuộc vào chiều dày vật liệu C3 = 0,8 mm thép X18H10T Vậy C = + 0,8 = 1,8 (mm)  Tính [k]: Ứng suất cho phép loại thép X18H10T tính theo bảng XIII-4, ta chọn giá trị nhỏ tính theo cơng thức sau : Theo giới hạn bền kéo: Trong đó:  : hệ số hiệu chỉnh,  = k = 550.106 (N/m2) nk - hệ số an toàn theo giới hạn bền kéo, k = 2,6 Theo giới hạn bền chảy Trong đó:  : hệ số hiệu chỉnh,  = c = 220.106 (N/m2) c - hệ số an toàn theo giới hạn bền chảy, c = 1,5 Ta lấy giá trị bé hai kết vừa tính ứng suất : Nên bỏ qua giá trị P mẫu số cơng thức tính bề dày thân tháp Viện khoa học Công nghệ môi trường (INEST) ĐHBKHN – Tel :(84.4) 8681686 – Fax :(84.4) 8693551 75 Tính tốn thiết kế hệ thống xử lý khí xi măng lò đứng công suất 1000 clinke/ngày Hay ta chọn S = 10 mm Trước đưa vào sử dụng, thiết bị phải qua kiểm tra với mức độ tối đa mà chịu được: Kiểm tra ứng suất thành theo áp suất thử (dùng nước) Trong đó: P0 : áp suất thử tính tốn, N/m2 Tính theo cơng thức sau: P0 = Pth + Ptt Với : Pth - áp suất thử thuỷ lực Ptt - áp suất thuỷ tĩnh cột nước Vì Ptt=78302 nằm khoảng (0,07.106÷0,5.106)N/m2 nên ta chọn Pth = 1,5Ptt Do : P0 = Pth + Ptt = 2,5Ptt = 195755 (N/m2) Do chiều dày thân tháp S = 10 mm phù hợp b./ Tính nắp thiết bị: dt Hình IV – Mặt cắt nắp thiết bị Chọn nắp thiết bị hình elip có gờ, thiết bị làm việc chịu áp suất = 274179 > 7.104 (N/m2) nên chiều dày S xác định công thức : Trong đó: P : áp suất thiết bị, P = 274179 (N/m2) hb : chiều cao phần lồi nắp, chọn hb = 4,5 (m) [k] : ứng suất cho phép thiết bị, [k] = 146,7.106 (N/m2) Viện khoa học Công nghệ môi trường (INEST) ĐHBKHN – Tel :(84.4) 8681686 – Fax :(84.4) 8693551 76 Tính tốn thiết kế hệ thống xử lý khí xi măng lò đứng cơng suất 1000 clinke/ngày h : hệ số bền mối hàn hướng tâm Với mối hàn tay hồ quang điện, vật liệu thép cacbon không gỉ, lớp ta chọn h = 0,95 C - đại lượng bổ sung, C = 1,8 (mm) k - hệ số không thứ nguyên Chọn k=1 (đối với đáy khơng có lỗ hay có lỗ tăng cứng hồn tồn) nên đại lượng P mẫu cơng thức tính S bỏ qua Vì vậy, chiều dày đáy nắp tính: Vậy S = 5mm Xét S - C = 3,2 mm < 10 mm Vì phải tăng C thêm 2mm so với ban đầu, tức C = 1,8 + = 3,8 mm hay S = mm Kiểm tra ứng suất đáy, nắp thiết bị theo áp suất thử : Do S = 7mm phù hợp Tuy nhiên, tháp có đường kính 7,2m lớn nên để đảm bảo an toàn lâu dài sử dụng ta chọn S=10mm với chiều dày thân tháp Suy : chiều cao gờ h = 2,5.S = 25 mm c./ Tính bích nối : Mặt bích phận quan trọng để nối phần thiết bị, nối phận khác với thiết bị Cơng nghệ chế tạo mặt bích phụ thuộc vào vật liệu cấu tạo mặt bích, phương pháp nối áp suất mơi trường  Bích nối thiết bị: Ta dùng bích nối để nối thiết bị, bích nối nắp đáy với thân, bích lại nối đoạn tháp Chọn loại bích liền thép kiểu I loại phù hợp với hàn, đúc, rèn để nối thiết bị Do thiết bị có đường kính lớn (D = 7200 mm) khuôn khổ đồ án tốt nghiệp chưa tính bích nối cho thiết bị này, giả thiết chọn bích nối tương tự thiết bị có đường kính D = 3000 mm Bảng IV - Các thông số bích nối thiết bị Kích thước nối Dt D Db Mm DI Do Kiểu bích Bu lơng I db (mm) Z (cái) h (mm) Viện khoa học Công nghệ môi trường (INEST) ĐHBKHN – Tel :(84.4) 8681686 – Fax :(84.4) 8693551 77 Tính tốn thiết kế hệ thống xử lý khí xi măng lò đứng cơng suất 1000 clinke/ngày 3000 3180 3110 3070 3019 M48 64 40 Trong đó: Dt đường kính tháp, D0 đường kính bích, D đường kính ngồi bích, Db đường kính tới tâm bu lơng, DI đường kính mép vát, db đường kính bu lơng, h chiều cao bích  Bích nối ống dẫn với thiết bị: Ta dùng kiểu bích liền kim loại đen, kiểu I để nối ống dẫn với thiết bị Bảng IV - Các thơng số bích nối ống dẫn với thiết bị Kích thước nối Dy Dn D Db DI Mm 1600 1620 1750 1690 Kiểu bích 1660 Bu lơng I db (mm) Z (cái) h (mm) M24 40 40 Trong đó: Dy đường kính ống, Dn đường kính bích, D đường kính ngồi bích, Db đường kính tới tâm bu lơng, DI đường kính mép vát, db đường kính bu long, h chiều cao bích IV.3./ Tính tốn thiết bị phụ : [11,12] IV.3.1./ Tính tốn bơm dẫn lỏng vào tháp : Chọn loại bơm dùng bơm ly tâm Công suất yêu cầu trục bơm Trong đó: Q : Năng suất bơm (m3/s) ρ : Khối lượng riêng chất lỏng (kg/m3) g : Gia tốc trọng trường (m/s2) Viện khoa học Công nghệ môi trường (INEST) ĐHBKHN – Tel :(84.4) 8681686 – Fax :(84.4) 8693551 78 Tính tốn thiết kế hệ thống xử lý khí xi măng lò đứng cơng suất 1000 clinke/ngày H : Áp suất tồn phần bơm (m) η : Hiệu suất bơm  Tính H : Áp suất tồn phần bơm tạo xác định sau : Trong : p2 : áp suất bề mặt chất lỏng ống đẩy, p2 = at p1 : áp suất bề mặt chất lỏng ống hút, p1 = at H0 : chiều cao nâng chất lỏng, H0 = 18 m hm : áp suất tiêu tốn để thắng toàn trở lực đường ống hút đẩy (kể trở lực cục chất lỏng khỏi ống đẩy), m  Tính hm : Trong : ∆P : Áp suất tồn phần cần thiết để khắc phục tất sức cản thuỷ lực hệ thống  P =  Pđ +  Pm +  Pt +  Pk +  PC Với :  ∆Pđ : Áp suất động học, tức áp suất cần thiết để tạo tốc độ cho dòng chảy khỏi ống (N/m2) ρ : Khối lượng riêng huyền phù: ρ=1019,375 (kg/m3) Đường kính tương đương ống chất lỏng: dtđ = 50 mm Vận tốc trung bình dung mơi ống khoảng 0,5 – (m/s) Chọn vận tốc trung bình dung mơi ống  = 1,5 (m/s)  ∆Pm :Áp suất để khắc phục trở lực ma sát dòng chảy ổn định ống thẳng L : Chiều dài toàn hệ thống ống dẫn chọn L = 25m dtđ : Đường kính tương đương ống dẫn = 0,05 m λ : Hệ số ma sát xác định theo công thức Re : Chuẩn số Rêynol xác định theo công thức => Chất lỏng chảy xốy xác định  theo công thức phù hợp ∆ : Độ nhám tương đối Chọn ống có ε = 0,2.10-3 (m) Viện khoa học Công nghệ môi trường (INEST) ĐHBKHN – Tel :(84.4) 8681686 – Fax :(84.4) 8693551 79 Tính tốn thiết kế hệ thống xử lý khí xi măng lò đứng cơng suất 1000 clinke/ngày  ∆PC: Áp suất để khắc phục trở lực cục  : Hệ số trở lực cục toàn đường ống,  = Σi Chọn van tiêu chuẩn có  = 5,5 Khuỷu ghép 900 với mặt cắt ngang hình vng (do khuỷu 45 tạo thành) nên =0,38 Hệ ống có khuỷu Độ nhám bên ống, chọn ống không hàn thép có  = 0,2 nên  = 2.5,5+3.0,38+ 0,2 = 12,34  ∆Pt : Áp suất cần thiết để khắc phục trở lực trong, coi  Pt =  ∆Pk : Áp suất bổ sung cuối ống dẫn coi  Pk = Vậy Áp suất toàn phần cần thiết để khắc phục tất sức cản thuỷ lực hệ thống : =>  P =  Pđ +  Pm +  Pc +  Pk +  Pt = 1147 + 20069 + 14151 + + = 35394 N/m2  Hiệu suất bơm Trong đó: η coi (đối với bơm pittơng) ηtl : hiệu suất thủy lực, tính đến ma sát tạo dòng xốy bơm Chọn ηtl = 0,85 ηck : hiệu suất khí có tính đến ma sát ổ bi, ổ lót trục Chọn ck =0,95 Do η = 0,85.0,95 = 0,81  Công suất bơm :  Công suất động điện ηtr : Hiệu suất truyền động lấy ηtr = 0,85 ηđc : Hiệu suất động điện lấy ηđc = 0,9 Thường động điện chọn có cơng suất dự trữ với hệ số dự trữ công suất β = 1,1 Vậy động cần mắc cho bơm hệ thống : Nđcchọn = β Nđc = 1,1 0,74 = (kW) Viện khoa học Công nghệ môi trường (INEST) ĐHBKHN – Tel :(84.4) 8681686 – Fax :(84.4) 8693551 80 Tính tốn thiết kế hệ thống xử lý khí xi măng lò đứng cơng suất 1000 clinke/ngày IV.3.2./ Tính tốn bơm dẫn nước vào ống Venturi Tính tốn tương tự ta có thơng số bơm dẫn nước vào ống venturi sau : Công suất bơm : 4,95 kW Công suất động điện : kW IV.3.3./ Tính tốn quạt hút khí Chọn chiều dài đoạn ống dẫn khí : l = 0,5 + 42 + + 20 + 18 + 0,5 = 86m IV.3.3.1./ Tính tổn thất áp suất Tổn thất áp lực tồn hệ thống = tổn thất áp lực ống dẫn + tổn thất áp lực thiết bị  Tổn thất áp lực đoạn ống dẫn : Trở lực đoạn ống dẫn bao gồm trở lực đoạn ống dẫn từ ống khói lò nung đến thiết bị lọc bụi venturi, tháp rửa rỗng ống phóng khơng Đoạn ống dẫn có đường kính nên coi trở lực đoạn ống Ta có : Ta có số liệu ban đầu : Chiều dài đường ống : L = 86 m Độ nhớt khói thải : Khối lượng riêng khói thải : Lưu lượng khí ống : Chọn vận tốc dòng khí ống  = 15 m/s Đường kính ống dẫn : d = 1,600 m Ta có : Khí ống theo chế độ chảy rối ∆ : Độ nhám tương đối Chọn ống có ε = 0,2.10-3 (m) Vậy  ∆Pđ : Áp suất động học, tức áp suất cần thiết để tạo tốc độ cho dòng khí ống (N/m2) Viện khoa học Công nghệ môi trường (INEST) ĐHBKHN – Tel :(84.4) 8681686 – Fax :(84.4) 8693551 81 Tính tốn thiết kế hệ thống xử lý khí xi măng lò đứng công suất 1000 clinke/ngày  ∆Pm :Áp suất để khắc phục trở lực ma sát dòng chảy ổn định ống thẳng  ∆PC: Áp suất để khắc phục trở lực cục  : Hệ số trở lực cục toàn đường ống,  = Σi Chọn van tiêu chuẩn có  = 5,5 Khuỷu ghép 900 với mặt cắt ngang hình vng (do khuỷu 45 tạo thành) nên  = 0,32 Hệ ống dẫn có khuỷu Độ nhám bên ống, chọn ống khơng hàn thép có  = 0,2 nên  = 1.5,5+6.0,32+ 0,2 = 11,732  Trở lực toàn đoạn ống dẫn :  Tổn thất áp lực thiết bị : Như tính tốn phần ta có trở lực ống venture : Vậy tổn thất áp suất toàn hệ thống : Áp suất toàn phần quạt hút tạo Trong đó: Hp : trở lực hệ thống : khối lượng riêng khơng khí điều kiện tiêu chuẩn điều kiện làm việc B : áp suất chỗ đặt quạt IV.3.3.2./ Công suất quạt Công suất quạt : Chọn quạt lắp tực tiếp với trục động điện, Lưu lượng Q = 49,22 m3/s, tra bảng đặc tính quạt ly tâm ta có Cơng suất động diện: Chọn K = 1,1 Viện khoa học Công nghệ môi trường (INEST) ĐHBKHN – Tel :(84.4) 8681686 – Fax :(84.4) 8693551 82 Tính tốn thiết kế hệ thống xử lý khí xi măng lò đứng cơng suất 1000 clinke/ngày Vậy cơng suất động diện sau : Viện khoa học Công nghệ môi trường (INEST) ĐHBKHN – Tel :(84.4) 8681686 – Fax :(84.4) 8693551 83 Tính tốn thiết kế hệ thống xử lý khí xi măng lò đứng cơng suất 1000 clinke/ngày Chương V : TÍNH TỐN CHI PHÍ XỬ LÝ V.1./ Chi phí thiết bị V.1.1./Hệ thống đường ống Thép làm ống dùng thép 1000mm x 2000 x 3mm Diện tích : 1000 x 2000 = m2 Thể tích : 1000 x 2000 x = 0,006 m3 Khối lượng riêng thép : 7850 kg/m3 Khối lượng thép : 0,006 x 7850 = 47,1 kg Giá thành kg : 6000 đ/kg Chi phí tồn đường ống Đoạn ống dài 86m, D = 1600 nên ta cần 86 Phần lại tận dụng làm ống dẫn nước Thép làm cút : 15 1m x 2m x 0,003m  Chi phí = (86 + 15) x 47,1 x 6000 = 28.542.600 đồng V.1.2./ Tháp rửa rỗng Thép làm ống dùng thép 1000mm x 2000 x 10mm Diện tích : 1000 x 2000 = m2 Thể tích : 1000 x 2000 x 10 = 0,02 m3 Khối lượng thép : 0,02 x 7850 = 157 kg Đáy : Thân : 32  Chi phí = (32 + + ) x 157 x 6000 = 37.680.000 đồng V.1.3./ Các thiết bị khác Bảng V - Chi phí thiết bị khác Tên hạng mục thiết bị Hàng rào, sàn công tác Bê tong cốt thép Bu long M48 Quạt Bơm nước Đơn vị Số lượng Kg m3 Cái Cái Cái 200 10 1000 Thành tiền ( triệu đồng ) 6000 1.500.000 15 10.000 10 100.000.000 100 50.000.000 100 Tổng : 226 triệu đồng Đơn giá  Chi phí hệ thống : 28.542.600 + 37.680.000 + 226.000.000 = 242.222.600 đồng  293 triệu đồng Viện khoa học Công nghệ môi trường (INEST) ĐHBKHN – Tel :(84.4) 8681686 – Fax :(84.4) 8693551 84 Tính tốn thiết kế hệ thống xử lý khí xi măng lò đứng cơng suất 1000 clinke/ngày VI.2 Chi phí thiết kế thi cơng Bảng V – Chi phí thiết kế thi cơng Phí thi cơng Ptc = 30% Ptb Phí thiết kế Ptk = 3%.Ptb Thuế VAT = 10%.(Ptb+ Ptc + Ptk) Tổng chi phí xây dựng hệ thống 88.000.000 8.000.000 39.000.000 135.000.000 VI.3 Chi phí 1ngày Bảng V 3- Chi phí ngày TT Nhiên liệu Than Vôi Điện Số lượng 200 9643 1000 Tổng cộng Đơn vị Tấn kg kW Đơn giá VND 5.000.000 1.180 2.000 Thành tiền (triệu đồng) 1000 11,4 1013,4 Giá thành xử lý : Lượng khí cần xử lý ngày 4.252.608 m3 Số công nhân vận hành người, mức lương 1.500.000 đồng/tháng = 50.000 đồng/ngày Chi phí nguyên nhiên liệu: 1013,4 triệu đồng/ngày Vậy giá thành xử lý 1kg rác là: Viện khoa học Công nghệ môi trường (INEST) ĐHBKHN – Tel :(84.4) 8681686 – Fax :(84.4) 8693551 85 Tính tốn thiết kế hệ thống xử lý khí xi măng lò đứng cơng suất 1000 clinke/ngày Kết luận Đồ án tiến hành tính tốn nồng độ số chất nhiễm khói thải lò nung clinker Nồng độ bụi khí SO2 khói thải lò nung vượt q QCVN 23 : 2009, tiêu khác nằm giới hạn cho phép Đã tiến hành tính tốn, thiết kế hệ thống xử lý bụi khói thải lò nung clinker Ngồi giải pháp kỹ thuật cơng nghệ chủ yếu có tính chất định làm giảm nhẹ chất ô nhiễm gây cho người môi trường, biện pháp hỗ trợ góp phần làm hạn chế nhiễm cải tạo môi trường Giáo dục ý thức vệ sinh môi trường vệ sinh công nghiệp cho cán bộ, nhân viên sở Thực thường xuyên có khoa học chương trình vệ sinh quản lý chất thải xí nghiệp vệ sinh nhà xưởng hàng ngày vệ sinh xí nghiệp hàng tuần… Ứng dụng hình thức giáo dục khác làm áp phích, báo, … để nâng cao nhận thức tầm quan trọng mơi trường cho tồn thể cán cơng nhân viên Dần dần thực việc hoàn thành cải tạo công nghệ nhằm hạn chế ô nhiễm Đôn đốc giáo dục cán bộ, nhân viên sở thực quy định an toàn lao động, phòng chốn cháy nổ Thực việc kiểm tra sức khỏe, kiểm tra y tế định kỳ Viện khoa học Công nghệ môi trường (INEST) ĐHBKHN – Tel :(84.4) 8681686 – Fax :(84.4) 8693551 86 Tính tốn thiết kế hệ thống xử lý khí xi măng lò đứng cơng suất 1000 clinke/ngày Tài liệu tham khảo [1] Lịch sử đời xi măng, (Theo VLXD đương đại - Số - 03/06), Siêu thị thông tin xây dựng - Tổng hội xây dựng Việt Nam, truy cập ngày 02/4/2010 từ trang web: [2] Công nghiệp xi măng giới qua số, ( Nguồn tin : Trang web Bộ xây dựng – Ministry of construction of socialist republic of Viet Nam ) [3] Các website Tổng công ty xi măng Việt Nam công ty xi măng thành [4] Báo cáo tổng kết sản xuất kinh doanh năm 2009 Tổng công ty Công nghiệp xi măng Việt Nam, [5] PGS Bùi Văn Chén, (2001), Kỹ thuật sản xuất xi măng Pooclăng chất kết dính, Đại học Bách khoa Hà Nội [6] TS Tạ Ngọc Dũng, (09/2003), Bài giảng công nghệ xi măng, Bách khoa [7] GS.TS Trần Ngọc Chấn, (2004), Ô nhiễm khơng khí xử lý khí thải, Tập 1, 2, 3, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội [8] Hoàng Kim Cơ,() , Kỹ thuật lọc bụi làm khí, NXB Giáo dục [9] Nguyễn Duy Động, Thơng gió kỹ thuật xử lý khí thải [10] GS.TSKH Nguyễn Bin, PGS.TS Đỗ Văn Đài, KS Long Thanh Hùng, TS Đinh Văn Huỳnh, PGS.TS Nguyễn Trọng Khuông, TS Phan Văn Thơm, TS Phạm Xuân Toàn, TS Trần Xoa (1990), Sổ tay q trình cơng nghệ hố chất tập 1, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội [11] GS.TSKH Nguyễn Bin, PGS.TS Đỗ Văn Đài, KS Long Thanh Hùng, TS Đinh Văn Huỳnh, PGS.TS Nguyễn Trọng Khng, TS Phan Văn Thơm, TS Phạm Xn Tồn, TS Trần Xoa (1990), Sổ tay q trình cơng nghệ hoá chất tập 2, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội [12] TS.Nghiêm Trung Dũng (2002), Bài giảng cơng nghệ xử lý nhiễm khí, Viện KH CN Môi trường- ĐHBK Hà Nội Viện khoa học Công nghệ môi trường (INEST) ĐHBKHN – Tel :(84.4) 8681686 – Fax :(84.4) 8693551 87