đồ án xử lý khí thải từ lò đốt. Hiện nay, với mức độ dân số tăng nhanh đã làm cho các hoạt động nông nghiệp, công nghiệp hay dịch vụ phát triển mạnh. Những sự thay đổi này một mặt là hương đến việc phục vụ nhu cầu cũng như là tạo điều kiện sống một cách tốt nhất đến con người, mặt khác chính những sự thay đổi này đã gây ảnh hưởng lớn đến môi trường đó là xả thải các chất đa dạng và nguy hại. Các chất thải độc hại có tác động xấu đến con người, động thực vật cũng như là các công trình nhân tạo khác. Môi trường suy thoái đồng nghĩa với việc chúng ta sẽ gặp những nguy hiểm nghiêm trọng. Vì vậy, hiện nay vấn đề bảo vệ môi trường không chỉ là trách nhiệm của những nhà chức trách đúng đầu mà đó là trách nhiệm của toàn nhân loại. Trong thời kỳ này, các khu công nghiệp lớn nhỏ ngày một mở rộng và phát triển một cách vượt bậc. Có rất nhiều nhà máy xí nghiệp sử dụng lò hơi công suất vừa và nhỏ để lấy hơi phục vụ cho sản xuất. Nhiên liệu có thể là dầu FO, than đá,.. nhưng nhằm giảm chi phí sản xuất, các nguyên liệu gỗ thừa từ quá trình sản xuất được tái sử dụng cho lò hơi đốt củi khá phổ biến. Hầu hết lượng khí phát sinh từ quá trình đốt củi, than, … chưa qua xử lý vượt quá tiêu chuẩn khí thải cho phép theo QCVN 192009BTNMT. Trong đó gần 99% các sản phẩm của quá trình cháy là các chất như nitơ, hơi nước, CO, CO2,…bên cạnh đó trong quá trình đốt sinh ra một hàm lượng lớn muội than, tro bụi và một số loại khí độc hại gây tác động trực tiếp cho sức khỏe con người và sinh vật. Do tính chất và mức độ quan trọng như vậy, nên việc lựa chọn đề tài ‘Thiết kế hệ thống xử lý khí thải nồi hơi đốt củi, công suất 5 tấn hơih’
GVHD: TS Nguyễn Duy Đạt Chương 1: MỞ ĐẦU 1.1 Tính cấp thiết đề tài Hiện nay, với mức độ dân số tăng nhanh làm cho hoạt động nông nghiệp, công nghiệp hay dịch vụ phát triển mạnh Những thay đổi mặt hương đến việc phục vụ nhu cầu tạo điều kiện sống cách tốt đến người, mặt khác thay đổi gây ảnh hưởng lớn đến mơi trường xả thải chất đa dạng nguy hại Các chất thải độc hại có tác động xấu đến người, động thực vật cơng trình nhân tạo khác Mơi trường suy thối đồng nghĩa với việc gặp nguy hiểm nghiêm trọng Vì vậy, vấn đề bảo vệ môi trường không trách nhiệm nhà chức trách đầu mà trách nhiệm tồn nhân loại Trong thời kỳ này, khu công nghiệp lớn nhỏ ngày mở rộng phát triển cách vượt bậc Có nhiều nhà máy xí nghiệp sử dụng lị công suất vừa nhỏ để lấy phục vụ cho sản xuất Nhiên liệu dầu FO, than đá, nhằm giảm chi phí sản xuất, nguyên liệu gỗ thừa từ trình sản xuất tái sử dụng cho lò đốt củi phổ biến Hầu hết lượng khí phát sinh từ trình đốt củi, than, … chưa qua xử lý vượt tiêu chuẩn khí thải cho phép theo QCVN 19/2009/BTNMT Trong gần 99% sản phẩm q trình cháy chất nitơ, nước, CO, CO2,…bên cạnh q trình đốt sinh hàm lượng lớn muội than, tro bụi số loại khí độc hại gây tác động trực tiếp cho sức khỏe người sinh vật Do tính chất mức độ quan trọng vậy, nên việc lựa chọn đề tài ‘Thiết kế hệ thống xử lý khí thải nồi đốt củi, công suất hơi/h’ 1.2 Mục tiêu đồ án Đề xuất đưa dây chuyền cơng nghệ xử lý khói thải – bụi từ nồi đốt củi, công suất hơi/h để lượng khí ngồi đạt QCVN 19:2009/BTNMT 1.3 Nhiệm vụ đồ án Tìm hiểu đặc trưng từ trình đốt củi đặc trưng khí thải từ lò đốt củi Thiết kế hệ thống hấp thu xử lý khí thải lị đốt củi cơng suất hơi/h GVHD: TS Nguyễn Duy Đạt Đề xuất đưa dây chuyền công nghệ xử lý khói thải – bụi từ nồi đốt củi Đề xuất việc tính tốn thiết kế cơng trình đơn vị Thiết kế hệ thống hấp thu xử lý khí thải lị đốt củi cơng suất hơi/h GVHD: TS Nguyễn Duy Đạt Chương 2: TỔNG QUAN VÀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Nồi Nồi - lò (Tiếng anh: steam boiler) thiết bị sử dụng nhiên liệu (than, củi, trấu, giấy vụn…) để đun sôi nước tạo thành nước mang nhiệt để phục vụ cho yêu cầu nhiệt lĩnh vực công nghiệp giặt là, sấy gỗ, khách sạn … Tùy theo nhu cầu sử dụng mà người ta tạo nguồn có nhiệt độ áp suất phù hợp để đáp ứng cho yêu cầu khác Để vận chuyển nguồn lượng có nhiệt độ áp suất cao người ta dùng ống chịu nhiệt, chịu áp suất cao chuyên dùng cho nồi (lò hơi) Điều đặc biệt nồi (lị hơi) mà khơng thiết bị thay tạo nguồn lượng an toàn không gây cháy để vận hành thiết bị động nơi cần cấm lửa cấm nguồn điện (như kho xăng, dầu) Trong nhà máy cơng nghiệp có sử dụng nhiệt người ta sử dụng thiết bị nồi (lò hơi) để làm nguồn cung cấp nhiệt, cung cấp dẫn nguồn nhiệt, nguồn đến hệ thống máy móc cần sử dụng Nồi sử dụng rộng rãi hầu hết ngành công nghiệp, ngành công nghiệp có nhu cầu sử dụng nhiệt với mức độ công suất khác Các công ty như: công ty may mặc, công ty giặt khô sử dụng nồi (lò hơi) để cung cấp cho hệ thống cầu là, nhà máy như: nhà máy chế biến thức ăn gia súc, nhà máy bánh kẹo, sử dụng nồi (lò hơi) để sấy sản phẩm Một số nhà máy sử dụng nồi để đun nấu, trùng nhà máy nước giải khát, nhà máy nước mắm, tương hay dầu thực vật Công suất nồi hay công suất nhiệt nồi khả nhiệt hoá nồi đơn vị thời gian Khi ta nói nồi có cơng suất T/h (1 Tấn / 01 1000 kg/h) nghĩa 01 nồi làm hố (bốc hơi) khối lượng nước 1m3 tới áp suất định 2.2 Tính chất ngun liệu đầu vào Củi vật liệu gỗ thu thập sử dụng làm nhiên liệu Nói chung, củi khơng xử lý cao dạng nhật ký nhánh nhận biết được, so với Thiết kế hệ thống hấp thu xử lý khí thải lị đốt củi công suất hơi/h GVHD: TS Nguyễn Duy Đạt dạng nhiên liệu gỗ khác viên dăm Củi trạng thái khơ tươi / ướt Nó thường phân loại gỗ cứng gỗ mềm Thành phần nguyên tố củi gỗ xác định gồm: Cacbon 50%, hydro 6,5%, oxi 42,2%, nitơ 0,5%, độ tro 0,8% Quá trình củi cháy lị hơi, q trình cháy lớp nhiên liệu rắn buồng đốt ghi thủ cơng Khơng khí cần cho cháy quạt vào mặt ghi lên tham gia vào trình cháy Khi cháy có nhiệt độ cao qua hàng ống lửa củ lò (nồi hơi), sau truyền nhiệt cho áo nước bên ngồi làm nước sinh hơi, khói lị gom thải ngồi qua ống khói Dịng khói thải ống khói có nhiệt độ cao khoảng 120ºC - 150ºC, phụ thuộc nhiều vào cấu tạo lò Khi đốt củi, thành phần chất khí thải thay đổi theo tùy loại củi, lượng khí thải sinh tương đối ổn định 2.3 Tính chất tác hại nguyên liệu đầu Bảng 2.1: thông tin chất thải ô nhiễm từ nồi Loại lị Chất nhiễm Lị đốt củi Khói, tro bụi, CO, CO2, NOx Lị đốt than Khói, tro bụi, CO, CO2, SO2, SO3, NOx Lị đốt dầu, gas Khói, tro bụi, CO, CO2, SO2, SO3, NOx (theo sổ tay hướng dẫn xử lý ô nhiễm môi trường sản xuất tiểu thủ cơng nghiệp) 2.3.1 Khói Khói tập hợp khí hạt chất lỏng chất rắn lơ lửng khơng khí sinh ngun liệu bị đốt cháy chưng khơ, kèm theo lượng khơng khí bị theo trộn lẫn vào phần tử Thường sản phẩm phụ không mong muốn cháy (trong bếp lị, đèn dầu, nến, lị sưởi), mặt khác có tác dụng phịng trừ sâu bọ, truyền tín hiệu, chế biến thức ăn (xơng khói), hút thuốc (thuốc lá, thuốc lào, ) sử dụng quân Thiết kế hệ thống hấp thu xử lý khí thải lị đốt củi công suất hơi/h GVHD: TS Nguyễn Duy Đạt 2.3.2 Tro bụi Lượng tro bụi có khói thải phần lượng khơng cháy hết lượng tạp chất khơng cháy có củi, lượng tạp chất thường chiếm tỷ lệ 1% trọng lượn củi khô Tro bị cháy theo vào dịng khí lị tạo thành lượng bụi định khí thải lượng bụi có nồng dộ dao động lớn phụ thuộc vào thao tác cơng nhân đốt lị Bụi phát sinh lớn cơng nhân nạp thêm củi vào lị hay ‘chọc ghi’ Nó cịn phụ thuộc vào vận tốc dịng khí cháy lị cấu tạo lị Bụi khói thải lị đốt củi có kích thước hạt từ 500µm tới 0,1µm, nồng dao dộng khoảng từ 200-500 mg/m3 Khi củi bị ướt hay mục, lượng khói với cỡ hạt nhỏ bay nhiều Trong phổi người, bụi ngun nhân gây kích thích học gây khó khan cho hoạt động phổi, chúng gây nên bệnh đường hơ hấp Bụi khói tạo q trình đốt cháy nhiên liệu nên chứa hydrocacbon đa vòng với độc tố cao gây ung thư Bụi góp phần gây nhiễm mơi trường, làm giảm độ suốt khí quyển, làm giảm suất trồng, gây nguy hiểm cho phương tiện giao thơng đường 2.3.3 NOx NO2 khí có màu nâu đỏ có mùi gắt cay, mùi phát vào khoảng 0.12 ppm NO2 khí có kích thích mạnh đường hơ hấp tác động đến hệ thần kinh phá hủy mô tế bào phổi, làm chảy nước mũi, viêm họng Khi NO2 với nồng độ 100ppm gây ung thư tử vong cho người động vật sau phút Với nồng độ 5ppm gây ảnh hưởng xấu đến đường hô hấp Con người tiếp xúc lâu với NO2 khoảng 0.06 ppm gây bệnh trầm trọng phổi Thiết kế hệ thống hấp thu xử lý khí thải lị đốt củi cơng suất hơi/h GVHD: TS Nguyễn Duy Đạt Bảng 2.2: Mức nguy hại NO2 người Nồng độ NO2 Thời gian (ppm) phơi nhiễm 50-100 Dưới 1h Mức độ độc hại người Viêm phổi phơi nhiễm 6-8 tuần Hủy hoại khí quản nếu, chết 150-200 ≥ 500 Dưới 1h phơi nhiễm 3-5 tuần 2-10 ngày Chết Một số thực vật nhạy cảm bị tác hại NO2 nồng độ khoảng ppm NO2 tác nhân gây hiệu ứng nhà kính Khi NOx lớn 0.5 – 0.7ppm chúng làm giảm quang hợp người ta thấy vùng thị hóa cao, nồng độ NOx đạt cỡ 3.93ppm, quang hợp thực vật giảm 25% 2.3.4 CO-CO2 CO chất khí khơng màu, khơng mùi, khơng vị nhẹ khơng khí chút CO tiếp tục cháy khơng khí tạo thành CO2 Hỗn hợp tới hạn CO khơng khí gây nổ, đặc biệt nhiệt độ cao có mặt tia lửa Nó tạo hợp chất bền với hemoglobin (mạnh gấp 250 lần so với O2) CO O2 hemoglobin tạo cacboxy-hemoglobin, làm giảm khả tải O2 máu: O2Hb + CO ⇌ COHb + O2 Nhiễm độc cấp CO thường bị đau đầu, ù tai, chống mặt, buồn nôn, mệt mỏi, co giật bị mê Nếu bị nhiễm nặng bị mê ngay, chân tay mềm nhũn, mặt xanh tím, bị phù phổi cấp Nhiễm độc mãn tính CO thường bị đau đầu dai dẵng, chống măt, mệt mỏi, sút cân Mỗi năm giới cóiệu: thép CT3 Tải trọng cho phép chân 2,98 × 10-4 N Bề mặt đỡ là: 514 × 104 (m2) Tải trọng cho phép bề mặt đỡ là: 0,78 × 10 -6 N/m2 Các thơng số chân đỡ trình bày bảng sau: Bảng 4.10: Số liệu chân đỡ Thiết kế hệ thống hấp thu xử lý khí thải lị đốt củi cơng suất hơi/h 45 GVHD: TS Nguyễn Duy Đạt L B B1 B2 H h S l d 225 16 100 27 Mm 260 200 225 330 400 4.7.10 Tính tai treo Tính tương tự chân đỡ ta có lực chịu đựng tai treo là: - Vật liệu: CT3 (Theo bảng XIII.36 [2]) - Tải trọng cho phép tai treo: 2,98 × 10-4 N - Bề mặt đỡ: 297 × 104 m2 - Tải trọng cho phép lên bề mặt đỡ: 1,34 × 10-6 Thơng số tai treo: Bảng 4.11: Số liệu tai treo L B B1 H S l a d KL 1tai treo mm 190 160 170 280 Kg 10 80 25 30 7,35 4.8 Tính trở lực, chọn bơm 4.8.1 Trở lực đệm Sức cản thủy học tháp đệm hệ khí – lỏng điểm đảo pha xác định theo công thức IX.118 [2] 𝑚 𝑐 𝜌𝑦 𝑛 𝜇𝑥 𝐺𝑥 ∆𝑝ư = ∆𝑝𝑘 [1 + 𝐴 ( ) ( ) ( ) , 𝑁/𝑚2 𝐺𝑦 𝜌𝑥 𝜇𝑦 Trong đó: Thiết kế hệ thống hấp thu xử lý khí thải lị đốt củi công suất hơi/h 46 GVHD: TS Nguyễn Duy Đạt ∆𝑝ư – trở lực đệm ướt điệm đảo pha có tốc độ khí tốc độ khí qua đệm khơ - ∆𝑝𝑘 – trở lực đệm khô (N/m2) - 𝐺𝑥 , 𝐺𝑦 – lưu lượng pha lỏng khí (kg/s) - 𝜌𝑥 , 𝜌𝑦 – khối lượng riêng pha lỏng, khí (kg/m3) - 𝜇𝑥 , 𝜇𝑦 – độ nhớt lỏng, (N.s/m2) - Tốc độ khí tính tồn tiết diện tháp, Tổn thất đệm khơ tính theo công thức IX.119, Rey = 970,6 > 40: λ′ 𝐻 𝜌𝑦 ω2t λ′ 𝐻𝜎đ ω2y 𝜌𝑦 4,04 × × 310 × 1,3742 × 1,090 ∆𝑝𝑘 = × = × × = dtđ 4 × 0,713 × Vđ = 2704 ( 𝑁 ) 𝑚2 Vì Rey =100,346 > 40 nên: λ′ = 16 Re0,2 y = 16 = 4,04 970,60,2 Các giá trị A, m, n, c cho bảng IX.7 𝐺 1,8 Với hệ khí lỏng ( 𝑥 ) 𝐺𝑦 𝜌𝑦 𝜇 𝜌𝑥 𝜇𝑦 ( ) ( 𝑥) 0,2 = 8,7 × 10−4 < 0,5 → 𝐴 = 8,4; 𝑚 = 0,405, ; 𝑛 = 0,225; 𝑐 = 0,015 Vậy, trở lực đệm ướt: ∆𝑝ư = 2704 × [1 + 8,4 ( 6603,5( 𝑁 𝑚2 1,226 0,405 2,649 ) ( 1,090 0,225 1000 ) ( 6,7 ×10−4 1,991×10 ) −6 0,015 ]= ) 4.8.2 Bơm Thiết kế hệ thống hấp thu xử lý khí thải lị đốt củi cơng suất hơi/h 47 GVHD: TS Nguyễn Duy Đạt Dựa vào đặc tính q trình có áp suất khơng cao nên bơm ta chọn bơm ly tâm Hơn bơm ly tâm loại bơm sử dụng rộng rãi nhiều ngành cơng nghiệp hố chất tính chất có nhiều ưu điểm Cơng suất u cầu trục bơm xác định theo công thức(công thức II.240 [1]): 𝑁= 𝑄×𝜌×𝑔×𝐻 , 𝐾𝑤 1000 × 𝜂 Q: Năng suất bơm hay lưu lượng lỏng đầu vào thiết bị, Q = 1,226 × 10−3 ( m3 s ) ρ: Khối lượng riêng chất lỏng, kg/m3 ρ = 1000 ( Kg⁄ m3 ) g: Gia tốc trọng trường, m/s2 g = 9,81 m/s2 H: Áp suất toàn phần bơm, m 𝐻= 𝛥𝑃 + 𝐻0 + 𝛥𝐻, (𝑚) 𝜌×𝑔 ρ: Khối lương riêng chất lỏng cần bơm kg/m3 g: Gia tốc trọng trường m/s2 H0: Chiều cao nâng cột chất lỏng, m; H0 = 3m (theo bảng II.34 trang 441[1]) 𝛥𝐻: Tổn thất cục tổn thất dọc đường bơm 𝛥𝐻 = mH2O → H = + = 6m η: Hiệu suất chung bơm, η = 0,72÷0,93 Thiết kế hệ thống hấp thu xử lý khí thải lị đốt củi công suất hơi/h 48 GVHD: TS Nguyễn Duy Đạt 𝜂 = 𝜂0 × 𝜂𝑡𝑙 × 𝜂𝑐𝑘 η0: Hiệu suất thể tích tính đến hao hụt chất lỏng chảy từ vùng áp suất cao đến vùng áp suất thấp chất lỏng rò qua lỗ hở bơm 𝜂𝑡𝑙 : Hiệu suất thuỷ lực, tính đến ma sát tạo thành dịng xốy bơm 𝜂𝑐𝑘 : Hiệu suất khí tính đến ma sát khí ổ bi, ổ lót trục Hiệu suất toàn phần η phụ thuộc vào loại bơm suất Khi thay đổi chế độ làm việc bơm thay đổi Bảng 4.12: Hiệu suất số loại bơm Loại bơm η0 Bơm pittông 𝜂𝑡𝑙 𝜂𝑐𝑘 - 0,8 – 0,94 0,9 – 0,95 Bơm ly tâm 0,85 – 0,96 0,8 – 0,85 0,92 – 0,96 Bơm xốy ốc >0,8 >0,7 >0,9 Bơm khía 0,7 – 0,9 - - Vậy 𝜂 = 𝜂0 × 𝜂𝑡𝑙 × 𝜂𝑐𝑘 = 0,85 × 0,8 × 0,92 = 0,625 𝑁= 𝑁= 𝑄×𝜌×𝑔×𝐻 1000 × 𝜂 1,226 × 10−3 × 1000 × 9,81 × = 0,115 𝑘𝑊 = 115𝑊 1000 × 0,625 Theo bảng II.33 [1] trang 40 ta có: Thiết kế hệ thống hấp thu xử lý khí thải lị đốt củi cơng suất hơi/h 49 ... lập H1 = √ A(∑