5.2.2.1 Điều ki n biên v n t́c vƠo
Xác định vận tốc vào của dòng khí vào không đổi, cùng với một số tính chất vô hướng của dòng vào. Các thông số dừng thay đổi trong quá trình tính lặp, đến bất ký giá trị nào sao cho có độ lớn và phân bố vận tốc đạt giá trị cần thiết.
Outlet Emissions
Inlet Fluid
Inlet Emissions
Chương 5: Mô phỏng số quá trình xử lý trong tháp hấp thụ
Nguyễn Lê Quốc Kháng Trang 49
p p T T U u 0 (5.1)
Loại điều kiện biên này chủ yếu sử dụng cho dòng không nén được. Đối với trường hợp dòng nén được, lời giải cho kết quả phi vật lý vì điều kiện dừng cho phép thay đổi đến bất kỳ giá trị nào. Điều kiện biên này có thể gán ở đầu ra nếu đảm bảo điều kiện liên tục của dòng chuyển động. Điều kiện biên này được sử dụng để tính lưu lượng dòng vào và các thông số của đại lượng động năng, năng lượng, những đại lượng khác. vdA m . (5.2)
5.2.2.2 Điều ki n biên áp suất ra
Điều kiện biên áp suất ra dùng để xác định áp suất tĩnh ở đầu ra. Giá trị áp suất tĩnh này chỉ được sử dụng cho trường hợp chuyển động dưới vận tốc âm thanh. Nếu chuyển động trên âm tại một số vị trí thì áp suất tĩnh không được áp dụng. Áp suất tại đó sẽ được ngoại suy từ dòng bên trong. Ngoài ra, điều kiện biên này còn cho phép xác định điều kiện dòng phản hồiđối với trường hợp chuyển động theo hướng ngược lại tại biện trong quá trình tính toán. Sự hội tụ sẽ xãy ra nhanh hơn nếu ta gán giá trị gần với giátrị đúng cho những đại lượng dòng phản hồi. Các giá trị cần gán cho điều kiện biên áp suất ra gồm: áp suất tĩnh p, điều kiện dòng phản hồi.
5.3 S dung CFD trên ANSYS FLUENT mô ph ng quá trình x lý bên trong
tháp hấp th
5.3.1 Chia l i tháp hấp th
Trong mô phỏng số tính toán lưu chất, mật độ chia lưới phải đủ mịn để có thể thể hiện sự thay đổi dòng và để làm giảm sai số tính toán. Vận tốc của dòng khí thải và dòng chất hấp thụ là đại lượng chủ yếu trong mô phỏng, vì vậy, trong luận văn đã chia nhiều mật độ lưới khác nhau để xem xét sự thay đổi của vận tốc dòng khí để lựa chọn mật độ lưới thích hợp.
Chương 5: Mô phỏng số quá trình xử lý trong tháp hấp thụ
Nguyễn Lê Quốc Kháng Trang 50
Vùng gần đệm Rasiga do ảnh hưởng độ nhớt và vận tốc đầu vào nên đặc tình của dòng khí thải ở vùng đầu vào, vùng chuyển tiếp và đầu rathay đổi nhiều. Để mô phỏng chính xác tính chất vật lý của trường lưu chất, ta phải mô phỏng được đặc tính dòng lưu chất trong ba miền này. Vì vậy, lưới chia phải mịn gần đệm Rasiga nhằm thể hiện được sự thay đổi đặc tính của lưu chất còn các vùng còn lại không cần quá mịn.
Do đó, để thực hiện tính toán trên các máy tính hiện nay với tốc độ CPU Core I3; RAM 2Ghz. Nên trong luận văn này chọn mật độ lưới để thực hiện tính toán dạng tứ diện, 4 nút phần tử, số lượng phần tử là 369498 và số lượng nút 77229. Kết quả mật độ chia lưới được thực hiện ở hình 5.3.
Dòng rối chịu ảnh hưởng đáng kể bởi sự có mặt đệm Rasiga. Độ rối tăng nhanh bởi sự sinh động năng rối do sự thay đổi vận tốc trung bình về phía ngoài đệm Rasiga. Giải quyết vùng gần đệm Rasiga ảnh hưởng đến độ chính xác của lời giải số. Ta có thể sử dụng thực nghiệm để mô phỏng giữa vùng gần đệm Rasiga, nơi hầu hết các mô hình rối đều thỏa mãn.
Hình 5.3: Chia lưới tháp hấp thụ bằng ANSYS ICEM CFD.
5.3.2 Thi t l p điều ki n mô ph ng
5.3.2.1 Thi t l p điều ki n v n t́c khí th i vào
Dựa vào kết quả tính trong B ng 4.7: Lượng vật chất ra khỏi lò, mật độ khí thải vào tháp hấp thụ có nồng độ khác nhau.
Chương 5: Mô phỏng số quá trình xử lý trong tháp hấp thụ
Nguyễn Lê Quốc Kháng Trang 51
Tổng lượng khí thải đưa vào tháp hấp thụ là 3288kg/h sau khi qua xiclon, khảo sát khả năng ảnh hưởng của vận tốc vào đến độ hấp thụ.
5.3.2.2 Thi t l p điều ki n bi n v n t́c chất hấp th
Theo kết quả tính toán tháp hấp thụ, vận tốc dòng chất hấp thụ khoảng 3m/s.
5.3.3 K t qu nh h ng của v n t́c đ n quá trình hấp th
Điều kiện nhiệt độ của dòng khí thải đi vào tháp hấp thụ khoảng 4730K, lưu lượng của dòng khí thải vào tháp không đổi 3288kg/h, thời gian lưu khí trong tháp là 3s của tháp hấp thụ có kích thước ống phun khí thải đường kính 250mm, tiết diện thân tháp 950mm, chiều cao tháp 3200mm và ống phun dung dịch hấp thụ đường kính 80mm.
Chương 5: Mô phỏng số quá trình xử lý trong tháp hấp thụ
Nguyễn Lê Quốc Kháng Trang 52
Trong hình 5.4 biểu diễn lưu lượng khí thải vào ống phun khoảng 0,9102 kg/s, giá trị lưu lượng khí thải không thay đổi trong suốt quá trình xử lý.
Hình 5.5:Lưu lượng khí thải ở độ cao 2m.
Trong hình 5.5, tại độ cao 2m, thời gian lưu khí thải trong tháp 3s nên lưu lượng bên trong tháp chưa được xử lý nên giá trị lúc đầu tăng, sau đó khí thải tác dụng với chất hấp thụ bên trên phun xuống kết hợp với khí cháy nên quá trình xử lý ổn định.
Hình 5.6:Lưu lượng khí thải tại vị trí ống khói.
Trong hình 5.6 lượng khí sau khi xử lý bên trong tháp ra ngoài, dưới tác dụng của chất hấp thụ Calcium hydroxide lượng lớn khí thải bị giữ lại bên trong tháp tạo thành chất thải rắn thu hồi bên dưới đáy tháp và quá trình xử lý ổn định.
Chương 5: Mô phỏng số quá trình xử lý trong tháp hấp thụ
Nguyễn Lê Quốc Kháng Trang 53
Vì vậy, trong quá trình xử lý bên trong tháp hấp thụ gồm quá trình truyền nhiệt của chất thải vớivòng đệm Raschig, kết hợp với quá trình truyền khối giữa chất hấp thụ và chất bị hấp thụ.
Nhận xét: Từ kết quả mô phỏng của tháp hấp thụ có các thông số: kích
thước ống phun khí thải đường kính 250mm, tiết diện thân tháp 950mm, chiều cao
tháp 3200mm và ống phun dung dịch hấp thụ đường kính 80mm, đạt giá trị hấp thụ tương đương 2,5×10-08 [kg/s] .
Chương 6: Kết luận đánh giá
Nguyễn Lê Quốc Kháng Trang 54
CHƯƠNG 6:
K T LU N ĐÁNH GIÁ.
6.1 K t qu x lý
B ng 6.1:Kết quả của tháp có đường kính 780mm vận tốc 1,2 m/s và ống phun chất hấp thụ 80mm vận tốc 3m/s Vận tốc ống phun (m/s) Đường kính ống phun (mm)
Lưu lượng tại đầu vào
(kg/s)
Lưu lượng tại đầu ra (kg/s) 11,62 250 0.913 2,5×10-08 9,25 280 5×10-08 8,0 300 4×10-08 6,66 330 6×10-08 5,92 350 5×10-08
B ng 6.2:Kết quả của tháp có đường kính 850mm vận tốc 1m/s và ống phun chất hấp thụ 80mm vận tốc 3m/s Vận tốc ống phun (m/s) Đường kính ống phun (mm)
Lưu lượng tại đầu vào (kg/s) Lưu lượng tại đầu ra (kg/s) 11,62 250 0.913 2,25×10-08 9,25 280 1,5×10-07 8,0 300 2,5×10-08 6,66 330 2×10-07 5,92 350 3,5×10-08
B ng 6.3:Kết quả của tháp có đường kính 950mm vận tốc 0,8m/s và ống phun chất hấp thụ 80mm vận tốc 3m/s Vận tốc ống phun (m/s) Đường kính ống phun (mm)
Lưu lượng tại đầu vào
(kg/s)
Lưu lượng tại đầu ra (kg/s) 11,62 250 0.913 2,5×10-08 9,25 280 1,2×10-07 8,0 300 3×10-08 6,66 330 1,2×10-07 5,92 350 3,75×10-07
Chương 6: Kết luận đánh giá
Nguyễn Lê Quốc Kháng Trang 55
B ng 6.4:Kết quả của tháp có đường kính 1100mm vận tốc 0,6m/s và ống phun chất hấp thụ 80mm vận tốc 3m/s Vận tốc ống phun (m/s) Đường kính ống phun (mm)
Lưu lượng tại đầu vào (kg/s) Lưu lượng tại đầu ra (kg/s) 11,62 250 0.913 1,3×10-07 9,25 280 1,5×10-07 8,0 300 3,5×10-07 6,66 330 2×10-08 5,92 350 3,5×10-07
Từ các kết quả xử lý cho thấy vận tốc của khí thải ảnh hưởng rất lớn đến quá trình xử lý, lưu lượng khí thải trong tất cả các tại vị trí đầu ra được trình bày trong hình 6.21.
Hình 6.21 kết quả lưu lượng khí thải tại vị trí đầu ra với cùng lưu lượng đầu vào là 0.913kg/s, trong các trường hợp mô phỏng thì tháp có đường kính 1100mm, đường kính ống phun 330mm, chiều cao tháp 3700mm và đường kính ống phun chất hấp thụ 80mm; vận tốc ống phun khoảng 6.66m/s có kết quả xử lý tốt nhất trong các trường hợp, đạt giá trị lưu lượng khí thải vị trí đầu ra khoảng 2×10-08(kg/s).
Để dễ dàng so sánh kết quả xử lý thải đầu ra, trong luận văn dựa vào QCVN 30:2010/BTNMT, Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về khí thải lò đốt chất thải công nghiệpban hành năm 2010 cho khí SO2, CO2 là 300 mg/Nm3 và NO là 500 mg/Nm3
[13].
Nhận xét: Quá trình xử lý khí thải bên trong tháp hấp thụ với chất hấp thụ sử dụng là Ca(OH)2, cho thấy quá trình hấp thụ chịu ảnh hưởng nhiều bởi vận tốc của dòng khí vào, trong các yếu tố trên thìyếu tố ảnh hưởng nhiều đến quá trình hấp thụ đó là vận tốc dòng khí thải vào.
6.2 K T LU N
Đề tài: "Nghiên cứu và mô phỏng" đã hoàn thành và đạt được mục tiêu đề ra. Nội dung tập trung nghiên cứu tính toán và mô phỏng quá trình hấp thụ khí thải: SO2, CO2, NO,… bên trong tháp hấp thụ. Các kết quả thực hiện được:
Chương 6: Kết luận đánh giá
Nguyễn Lê Quốc Kháng Trang 56
– Xây dựng tính toán và thiết kế mô hình trong mô phỏng ba chiều tháp hấp thụ. Thực hiện tính toán và mô phỏng quá trình hấp thụ xác định nồng độ khí thải sau khi hấp thụ bằng phương pháp số.
–Thực hiện mô phỏng tính toán số, sử dụng phần mềm FLUENT, kết hợp với các cơ sở lý thuyết áp dụng vào nghiên cứu quá trình hấp thụ bên trong tháp hấp thụ.
–Xác định nồng độ khí thải sau khi hấp thụ ảnh hưởng bởi vận tốc và nồng độ chất hấp thụ.
–Kết quả mô phỏng số tháp hấp thụ.
Bài toàn cơ lưu chất đa pha thường phức tạp và mới nên luận văn này áp dụng phương pháp số tính toán cho bài toán mô phỏng ba chiều. Kết quả mô phỏng đạt được so sánh với kết quả tính toán. Các kết quả cụ thể đạt được như sau:
–Kết quả tính toán nồng độ khí thải dưới ảnh hưởng của tốc độ phản ứng khi thay đổi các thông số để đạt được giá trị tối ưu.
Các kết quả của quá trình mô phỏng số so sánh với tiêu chuẩn Việt Nam cho phép đối với khí thải.
Kết quả mô phỏng sử dụng phương pháp số rất hữu ích có thể ứng dụng trong việc tính toán hệ thống xử lý khí thải trong quá trình thiêu đốt gia cầm trong thực tế, dựa trên kết quả này làm cơ việc tính toán hợp lý hơn hệ thống xử lý khí thải trong quá trình thiêu xác gia cầm.
Yếu tố hạn chế của đề tài:
– Hệ thống máy tính chưa đủ mạnh, có khả năng giải toàn bộ hệ thống xử lý khí thải.
–Chưa tiến hành thực nghiệm và đo trên tháp hấp thụ thực tế do thiếu kinh phí thực nghiệm.
–Dữ liệu cung cấp để tính toán còn hạn chế như: chỉ mô phỏng trong tháp hấp thụ, còn toàn bộ hệ thống thì chưa giải quyết được.
Chương 6: Kết luận đánh giá
Nguyễn Lê Quốc Kháng Trang 57
Hướng phát triển của đề tài:
–Phát triển hướng nghiên cứu tiếp theo là xây dựng mô hình tính toán và mô phỏng thực nghiệm toàn bộ hệ thống xử lý khí thải.
–Phát triển thêm về phần mô phỏng số để tối ưu hóa toàn bộ hệ thống.
– Tiến hành thì nghiệm trên mô hình thực, kiểm tra sai số mô phỏng và thực nghiệm.
Tài liệu tham khảo
Nguyễn Lê Quốc Kháng Trang 126
TÀI LI U THAM KH O TI NG VI T:
[1] Bùi Hải, Hà Mạnh Thư, Vũ Xuân Hùng, Hệ thống điều hòa không khí và
thông gió. NXB khoa học và kỹ thuật Hà Nội 2001.
[5] GS.TSKH. Phạm Ngọc Đăng, TS. Vũ Công Hòe, PGS.TS. Nguyễn Bá Toại, TS. Bùi Sỹ Lý, THS. Lê Ngọc Tường - Nghiên cứu công nghệ lò đốt và xử lý khói thải lò đốt chất thải công nghiệp nguy hại phù hợp với điều kiện Việt
Nam - Trung tâm Kỹ thuật Môi trường Đô thị và Khu công nghiệp - Hà Nội - 2003.
[6] Lò đốt rác y tế − Viện Công nghệ Hóa học TP Hồ Chí Minh 1996.
[7] Nguyễn Đình Tuấn, Nguyễn Thanh Hùng, Kiểm soát ô nhiễm không khí, NXB Đại học quốc gia TP HCM - 2009.
[9] Nguyễn Thanh Hào, Thiết kế lò hơi, NXB Đại học quốc gia Thành Phố Hồ Chí Minh – 2009.
[10] Nguyễn Sĩ Mão, Lý thuyết và thiết bị cháy, NXB khoa học và kỹ thuất Hà Nội – 2002.
[11] Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất – tập 1, NXB khoa học và kỹ thuật Hà Nội – 2006.
[12] Nguyễn Thế Đồng, Tô Thị Hải Yến, Phan Đỗ Hùng, Mai Trọng Chính, Nghiên
cứu các yếu tố ảnh hưởng nhằm giảm chi phí nhiên liệu trong quá trình thiêu đốt chất thải y tế, Viện môi trường, trung tâm khoa học tự nhiên và công nghệ quốc gia.
[13] TS. Bùi Trung Thành - Tính toán và thiết kế hệ thống sấy– 2010.
[14] Lương Đức Phẩm, Công nghệ xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học, NXB giáo dục.
[16] Nguyễn Thiện Nhân, Sổ tay hướng dẫn xử lý ô nhiễm môi trường trong sản xuất tiểu thủ công nghiệp – xử lý khói lò hơi, Sở Khoa học, công nghệ và môi trường Thànhphố Hồ Chí Minh.
[17] Hoàng Kim Cơ, Trần Hữu Uyễn, Lương Đức Phẩm, Lý Kim Bảng, Dương Đức Hoàng, Kỹ thuật môi trường, NXB khoa học và kỹ thuật Hà Nội – 2001.
[18] Hoàng Kim Cơ, Ô nhiễm không khí và xử lý khói bụi, NXB khoa học và kỹ thuật Hà Nội – 1998.
[19] PGS.TS Hoàng Văn Chước, Giáo trình kỹ thuật sấy, NXB khoa học và kỹ thuật Hà Nội – 1999.
Tài liệu tham khảo
Nguyễn Lê Quốc Kháng Trang 127
[20] Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất – tập 2, khoa học và kỹ thuật Hà Nội – 1999.
[21] QCVN 30:2010/BTNMT, Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về khí thải lò đốt chất thải công nghiệp, Hà Nội - 2010.
[22] Vũ Duy Trường (2002): “Kỹ thuật nhiệt”, NXB Giao thông vận tải Hà Nội. [23] PGS.TS Hoàng Văn Chước, Thiết kế hệ thống thiết bị sấy. NXB khoa học và
kỹ thuật Hà Nội.
TI NG NƯ C NGOÀI:
[2] http://www.endersprocess.com/incinerators-fluidflue.html
[3] Yiannis Levendis − Method for simultaneously removing SO2 and NOx
pollutants from exhaust of a combustion system − Patent number 5,312,605 − Date of patent 17/5/1994.
[4] Yiannis Levendis −Use of aromatic salts for simultaneously removing SO2 and NOx pollutants from exhaust of a combustion system − Patent number 5,352,423 − Date of patent 4/10/1994.
[8] Calvin R. Brunner, Incineration systems handbook.
[15] Noel De Nevers, Air pollution control engineening, Mc Graw Hill
Phụ lục Chương 4−Tính toán hệ thống xử lý khói thải
Nguyễn Lê Quốc Kháng Trang 57
PH L C CHƯƠNG 4
TệNH TOÁN H TH NG X Lụ KHÓI TH I
1 Tính toán tháp làm ngu i
Tiết diện ngang của tháp làm nguội[16]: Ta có: ln 1 1 v L f (4.78)
Với v1lnlà vận tốc trung bình của khói trong buồng làm nguội [17]:
v1ln= 0,6 – 1,2 m/s
Chọn v1ln=0,8( m/s)
Lưu lượng của khói thải ra khỏi lò là: L=2047,08 (m3/h) 08 , 2047 k L (m3/h) 5686 , 0 3600 08 , 2047 L (m3/s) 95 , 0 8 , 0 5686 , 0 4 4 ln 1 ln 1 v L D (m) (4.79)
Tính chiều cao phần hình trụ của tháp làm nguội.