Đề tài Hiện trạng môi trường và thiết kế hệ thống xử lý môi trường không khí tại công ty cổ phần cao su Đà Nẵng

PHẦN B – Thiết kế hệ thống xử lý môi trường không khí tại công ty cổ phần cao su Đà Nẵng Chương 8 THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ KHÍ THẢI LÒ HƠI THUỘC CÔNG TY CỔ PHẦN CAO SU ĐÀ NẴNG 8.1. TÍNH TOÁN LƯỢNG KHÍ ĐỘC HẠI THẢI RA TRONG QUÁ TRÌNH ĐỐT CHÁY NHIÊN LIỆU 8.1.1. Tính toán lượng khí thải độc hại - Nhiên liệu được sử dụng tại Công ty cao su Đà Nẵng là dầu FO, với thành phần gồm có: cacbon (Cp), hyđro (Hp), oxy (Op), nitơ (Np), lưu huỳnh (Sp), độ tro (Ap) và độ ẩm (Wp), tổng của toàn bộ các thành phần đúng bằng 100% (bảng 8.1). Bảng 8.1. Thành phần của dầu FO Cp (%) Hp (%) Op(%) Np (%) Sp (%) Ap (%) Wp (%) 83,4 10 0,2 0,2 2,9 0,3 3 - Lượng dầu tiêu thụ của các lò: + Ống khói số 1: 616 l/h ( 558 kg/h). + Ống khói số 2: 1540 l/h (1395 kg/h). + Ống khói số 3: 510 l/h (462 kg/h). - Hệ số thừa không khí: α = 1,4. - Hệ số cháy không hoàn toàn: η = 0,03. - Hệ số tro bay theo khói: a = 0,8. - Nhiệt độ khói thải: tkhói = 200oC. - Có thể tóm tắt các đặc điểm của các nguồn thải theo bảng sau: TT Các thông số Đơn vị Ống khói số 1 Ống khói số 2 Ống khói số 3 I Các thông số lò 1 Chiều cao ống khói m 20 20 20 2 Đường kính ống khói mm 900 1000 600 3 Lưu lượng khí thải m3/s 4,168 10,421 3,451 4 Tốc độ khí thải m/s 6,56 13,3 12,2 5 Nhiệt độ khí thải oC 200 200 200 - Các đại lượng của quá trình cháy được tính toán theo bảng 8.2 [2]. Bảng 8.2. TT Đại lượng tính toán Công thức tính Kết quả 1 Lượng không khí khô lý thuyết cần cho quá trình cháy V0=0,089Cp+0,264HP -0,0333(OP - SP) 10,153m3chuẩn/kgNL 2 Lượng không khí ẩm lý thuyết cần cho quá trình cháy (ở t = 300C; φ=65%→ d = 17 g/kg) Va =(1+0,0016d )Vo 10,429m3chuẩn/kgNL 3 Lượng không khí ẩm thực tế với hệ số thừa không khí a = 1,4 Vt = aVa  14,600m3chuẩn/kgNL 4 Lượng khí SO2 trong sản phẩm cháy (SPC) Vso2 = 0,683.10-2 SP  0,020m3chuẩn/kgNL 5 Lượng khí CO trong SPC với hệ số cháy không hoàn toàn về hóa học và cơ học η (η = 0,03) Vco = 1,865.10-2 ηCP  0,047 m3chuẩn/kgNL 6 Lượng khí CO2 trong SPC Vco2 = 1,853.10-2 (1-η)CP 1,499 m3chuẩn/kgNL 7 Lượng hơi nước trong SPC VH2O = 0,111.Hp+ 0,0124.Wp+ 0,0016.d.Vt 1,544 m3chuẩn/kgNL 8 Lượng khí N2 trong SPC VN2 = 0,8.10-2NP +0,79Vt 11,536 m3chuẩn/kgNL 9 Lượng khí O2 trong không khí thừa VO2 = 0,21(a-1)Va 0,876 m3chuẩn/kgNL 10 Lượng tổngcộng ở điều kiện chuẩn (bằng tổng các mục từ 4 ¸ 9) VSPC = VSO2 + VCO + VCO2 + VH2O+VN2 +VO2 15,522 m3chuẩn/kgNL Bảng 8.3. Lượng khói thải và tải lượng các chất ô nhiễm có trong khói thải TT Đại lượng tính toán Công thức tính Kết quả Lò hơi số 1 Lò hơi số 2 Lò hơi số 3 1 Lưu lượng khói (SPC) ở điêu kiện tiêu chuẩn 2,406 (m3/s) 4,015 (m3/s) 1,992 (m3/s) 2 Lưu lượng khói điều kiện thực tế tkhói = 110oC 4,168 (m3/s) 10,421 (m3/s) 3,451 (m3/s) 3 Tải lượng khí SO2với rSO2 = 2,926 (kg/m3chuẩn) 8,938 (g/s) 22,458 (g/s) 7,438 (g/s) 4 Tải lượng khí CO với r = 1,25 (kg/m3chuẩn) 9,041 (g/s) 22,602 (g/s) 7,4845 (g/s) 5 Tải lượng khí CO2 với: rco2 = 1,977 (kg/m3chuẩn) 459,36 (g/s) 1148,4 (g/s) 380,33(g/s) 6 Lượng tro bụi với hệ số tro bay a = 0,45 0,372 (g/s) 0,930 (g/s) 0,308 (g/s) Bảng 8.4. Nồng độ phát thải của các chất ô nhiễm TT Các chất ô nhiễm Công thức tính toán Đơn vị Kết quả Lò hơi số 1 Lò hơi số 2 Lò hơi số 3 1 Khí SO2 mg/m3 2155,1 2155,2 2155,2 2 Khí CO mg/m3 2168,9 2169,1 2169,1 3 Khí CO2 mg/m3 110201,3 110208,5 110208,5 4 Bụi Cbụi mg/m3 89,2 89,2 89,2 - Đối chiếu với giới hạn tối đa cho phép của bụi và các chất vô cơ trong khí thải công nghiệp theo TCVN 5939 – 1995 được trích dẫn trong bảng 8.5, vì công ty là cơ sở sản xuất thuộc loại A nên khí SO2 của lò hơi số 1 và 2 vượt tiêu chuẩn cho phép 1,44 lần và khí CO vượt tiêu chuẩn cho phép 1,45 lần, còn các khí thải khác đều nằm trong tiêu chuẩn cho phép. Vì lượng khí thải CO tại miệng ống khói vượt tiêu chuẩn cho phép do sự cháy không hoàn toàn về mặt hóa học và cơ học, nên chỉ cần quan tâm đến tính toán khuyếch tán và xử lý khí thải SO2. Bảng 8.5. TCVN 5939 – 1995, Chất lượng không khí – Tiêu chuẩn khí thải công nghiệp đối với bụi và các chất vô cơ [5] TT Thông số Giới hạn cho phép (mg/m3) đối với loại cơ sở sản xuất A(đã có trước ngày ban hành tiêu chuẩn) B(có sau ngày ban hành tiêu chuẩn) 1 Bụi khói - Nấu kim loại 400 200 - Bê tông nhựa 500 200 - Xi măng 400 100 - Các nguồn khác 500 400 2 Bụi - Chứa silic 100 50 - Chứa amiăng 0 0 3 Khí CO 1500 500 4 Khí CO2 Không quy định Không quy định 5 Khí SO2 1500 500 6 Khí NOX 2500 1000 8.1.2. Tính toán khuếch tán các chất ô nhiễm có trong khí thải lò hơi - Để tính toán phân bố nồng độ của các chất ô nhiễm (SO2, CO, CO2, bụi) có trong khí thải lò hơi thuộc Công ty cao Đà Nẵng, tôi sử dụng công thức tính theo mô hình Gauss, [3.30] [2]: (g/m3) Trong đó: M : Tải lượng chất ô nhiễm, g/s. V : Vận tốc gió trung bình ngoài trời theo trục x, m/s. : Hệ số khuyếch tán của khí quyển theo trục ngang y, trục đứng z. z : Chiều cao của mặt phẳng vị trí tính toán, m. H : Chiều cao hiệu dụng của ống khói, m. H = h + ∆H , h là chiều cao thực của ống khói. ∆H là độ cao phụt lên thẳng của nguồn khí thải. - Để áp dụng mô hình Gauss trong tính toán khuyếch tán chất ô nhiễm, Holland J.Z. đưa ra công thức sau đây để xác định độ nâng cao của luồng khói, [3.54] [2]: ∆H = (m) Trong đó : : Vận tốc ban đầu của luồng khói tại miệng ống khói, m/s. u : Vận tốc gió, m/s. D : Đường kính của miệng ống khói, m. p : Áp suất khí quyển, millibar (1atm = 1013 mbar). Tkhói, Txq : lần lượt là nhiệt độ tuyệt đối của khói và của không khí xung quanh, K. - Khi tính toán nồng độ ô nhiễm trên mặt đất (z =0), thì công thức trên sẽ trở thành, [3.33] [2]: CX,Y,0 = .exp(-).exp(-) (g/m3) - Trường hợp tính sự phân bố nồng độ trên mặt đất dọc theo trục gió (trục x), với y = 0, [3.34] [2]: Cx,0,0 = .exp(-) (g/m3) 8.1.2.1. Hệ số khuyếch tán - Để áp dụng được các công thức tính toán khuyếch tán theo mô hình Gauss cần phải biết các giá trị của các hệ số. Lấy cấp ổn định của khí quyển là cấp độ C – không ổn định nhẹ. - Theo Martin D.O. [3.38] [2], công thức tính có dạng như sau: = b.xc + d = a.x0,894 Trong đó: x : khoảng cách xuôi theo chiều gió kể từ nguồn, tính bằng km. Các hệ số a,b,c,d được cho ở bảng 8.6. Bảng8.6. Công thức tính toán các hệ số a, b,c,d. Cấp ổn định a x £ 1(km) x ³ 1 (km) b c d b c d A 213 440,8 1,941 9,27 459,7 2,094 -9,6 B 156 106,8 1,149 3,3 108,2 1,098 2,0 C 104 61 0,911 0 61 0,911 0 D 68 33,2 0,725 - 1,7 44,5 0,516 -13,0 E 50,5 22,8 0,678 -1,3 55,4 0,305 -34,0 F 34 14,35 0,740 -0,35 62,6 0,180 -48,6 - Với cấp ổn định C ( a = 104, b = 61, c = 0,911, d = 0), tính được các hệ số theo bảng 8.7. Bảng 8.7. x (km) 0,1 13,27 7,49 0,2 24,67 14,08 0,3 35,45 20,37 0,4 45,84 26,47 0,5 55,96 32,44 0,6 65,87 38,30 0,7 75,61 44,08 0,8 85,19 49,78 0,9 94,65 55,42 1,0 104,00 61,00 1,1 113,25 66,53 1,2 122,41 72,02 1,3 131,49 77,47 1,4 140,50 82,88 1,5 149,44 88,26 1,6 158,31 93,60 1,7 167,13 98,92 1,8 175,89 104,20 1,9 184,60 109,46 2,0 193,27 114,70 8.1.2.2. Tính chiều cao hiệu quả của ống khói - Theo công thức tính của Holland, độ nâng cao của vết khói ∆H được thể hiện trong bảng 8.8. Bảng 8.8. Kết quả tính toán độ nâng cao của vệt khói thải Ống khói số Mùa D [m] w [m/s] u [m/s] Tkhói [oK] Txq [oK] Pkhí quyển [mbar] ∆H [m] 1 Mùa Hè 0,9 6,552 3,1 473 307,3 1013 2,363 Mùa Đông 0,9 6,552 3,4 473 291,5 1013 2,211 2 Mùa Hè 1 13,268 3,1 473 307,3 1013 12,589 Mùa Đông 1 13,268 3,4 473 291,5 1013 8,927 3 Mùa Hè 0,6 12,205 3,1 473 307,3 1013 4,402 Mùa Đông 0,6 12,205 3,4 473 291,5 1013 4,119 Bảng 8.9. Chiều cao hiệu quả của ống khói Chiều cao hiệu quả Mùa Hè Mùa Đông Ống khói số 1 Ống khói số 2 Ống khói số 3 Ống khói số 1 Ống khói số 2 Ống khói số 3 H (m) 22,363 32,589 24,402 22,211 28,927 24,119 8.1.2.3. Tính toán phân bố các chất ô nhiễm - Để tính nồng độ cực đại Cmax trên mặt đất, ta có thể sử dụng công thức [3.35] [2]: Bảng 8.10. Kết quả tính Xmax, , Cmax theo hệ số và chiều cao hiệu quả H của ống khói NGUỒN THẢI MÙA HÈ MÙA ĐÔNG Các chất ô nhiễm SO2 CO CO2 BỤI SO2 CO CO2 BỤI Ống khói số 1 15,813 15,813 15,813 15,813 15,706 15,706 15,706 15,706 27,648 27,648 27,648 27,648 27,464 27,464 27,464 27,464 X1max (km) 0,227 0,227 0,227 0,227 0,226 0,226 0,226 0,226 C1max (g/m3) 0,776 0,781 39,688 0,032 0,717 0,722 36,678 0,030 Ống khói số 2 23,044 23,044 23,044 23,044 20,454 20,455 20,455 20,455 40,008 40,008 40,008 40,008 35,592 35,592 35,592 35,592 X2max (km) 0,343 0,343 0,343 0,343 0,301 0,301 0,301 0,301 C2max (g/m3) 0,920 0,296 47,053 0,038 1,062 1,069 54,329 0,044 Ống khói số 3 17,225 17,225 17,225 17,225 17,055 17,055 17,055 17,055 30,120 30,120 30,120 30,120 29,777 29,777 29,777 29,777 X3max (km) 0,250 0,250 0,250 0,250 0,247 0,247 0,247 0,247 C3max (g/m3) 0,541 0,544 27,643 0,022 0,504 0,508 29,777 0,021 - Áp dụng các công thức trên với hướng gió Bắc – Đông Bắc (về mùa đông) và Đông – Đông Nam (về mùa hè), ta có kết quả tính toán phân bố nồng độ SO2, CO, CO2, bụi được thể hiện trong các bảng sau: Bảng 8.11. Nồng độ các chất ô nhiễm trên mặt đất với trục hướng gió đi qua chân ống khói 1 thuộc lò hơi số 2 vào mùa hè và mùa đông ỐNG KHÓI SỐ 1 Mùa hè Mùa đông Các chất ô nhiễm SO2 CO CO2 BUI SO2 CO CO2 BUI Khoảng cách x(m) 100 C1(x) (mg/m3) 0,107 0,108 5,484 0,004 0,104 0,105 5,312 0,004 C1(x,y)(mg/m3) 6,10-51 6,10-51 3,10-49 2,10-52 5,10-51 5,10-51 3,10-49 2,2,10-52 200 C1(x) (mg/m3) 0,752 0,757 38,463 0,031 0,698 0,702 35,673 0,029 C1(x,y)(mg/m3) 4,10-15 4,10-15 2,10-13 2,10-16 4,10-15 4,10-15 2,10-13 1,5,10-16 300 C1(x) (mg/m3) 0,699 0,704 35,756 0,029 0,643 0,647 32,868 0,027 C1(x,y)(mg/m3) 8,6.10-08 8,6,10-08 4,10-06 4,10-09 8,10-08 8,10-08 4,10-06 3,310-09 400 C1(x) (mg/m3) 0,532 0,535 27,202 0,022 0,487 0,491 24,922 0,020 C1(x,y)(mg/m3) 4,10-05 4,10-5 0,0020 2,10-6 0,0000 4,10-5 0,0018 1,5,10-6 500 C1(x) (mg/m3) 0,401 0,403 20,485 0,017 0,366 0,369 18,738 0,015 C1(x,y)(mg/m3) 0,001 0,001 0,035 3,10-5 0,001 0,001 0,032 2,6,10-5 600 C1(x) (mg/m3) 0,308 0,310 15,765 0,013 0,282 0,284 14,407 0,012 C1(x,y)(mg/m3) 0,003 0,003 0,157 0,000 0,003 0,003 0,143 0,000 700 C1(x) (mg/m3) 0,243 0,245 12,444 0,010 0,222 0,224 11,366 0,009 C1(x,y)(mg/m3) 0,007 0,007 0,376 0,000 0,007 0,007 0,344 0,000 800 C1(x) (mg/m3) 0,197 0,198 10,055 0,008 0,180 0,181 9,180 0,007 C1(x,y)(mg/m3) 0,012 0,013 0,639 0,001 0,011 0,011 0,584 0,000 900 C1(x) (mg/m3) 0,162 0,163 8,289 0,007 0,148 0,149 7,566 0,006 C1(x,y)(mg/m3) 0,017 0,017 0,889 0,001 0,016 0,016 0,812 0,001 1000 C1(x) (mg/m3) 0,136 0,137 6,952 0,006 0,124 0,125 6,344 0,005 C1(x,y)(mg/m3) 0,021 0,022 1,094 0,001 0,020 0,020 0,998 0,001 1100 C1(x) (mg/m3) 0,116 0,116 5,916 0,005 0,106 0,106 5,398 0,004 C1(x,y)(mg/m3) 0,024 0,024 1,244 0,001 0,022 0,022 1,135 0,001 1200 C1(x) (mg/m3) 0,100 0,100 5,098 0,004 0,091 0,092 4,651 0,004 C1(x,y)(mg/m3) 0,026 0,026 1,342 0,001 0,024 0,024 1,224 0,001 1300 C1(x) (mg/m3) 0,087 0,087 4,441 0,004 0,079 0,080 4,052 0,003 C1(x,y)(mg/m3) 0,027 0,027 1,397 0,001 0,025 0,025 1,274 0,001 1400 C1(x) (mg/m3) 0,076 0,077 3,906 0,003 0,070 0,070 3,563 0,003 C1(x,y)(mg/m3) 0,028 0,028 1418 0,001 0,025 0,025 1,294 0,001 1500 C1(x) (mg/m3) 0,068 0,068 3,463 0,003 0,062 0,062 3,159 0,003 C1(x,y)(mg/m3) 0,028 0,028 1,414 0,001 0,025 0,025 1,290 0,001 1600 C1(x) (mg/m3) 0,060 0,061 3,093 0,003 0,055 0,056 2,822 0,002 C1(x,y)(mg/m3) 0,027 0,027 1,393 0,001 0,025 0,025 1,270 0,001 1700 C1(x) (mg/m3) 0,054 0,055 2,781 0,002 0,050 0,050 2,537 0,002 C1(x,y)(mg/m3) 0,027 0,027 1,359 0,001 0,024 0,024 1,240 0,001 1800 C1(x) (mg/m3) 0,049 0,049 2,515 0,002 0,045 0,045 2,294 0,002 C1(x,y)(mg/m3) 0,026 0,026 1,318 0,001 0,023 0,024 1,202 0,001 1900 C1(x) (mg/m3) 0,045 0,045 2,286 0,002 0,041 0,041 2,085 0,002 C1(x,y)(mg/m3) 0,025 0,025 1,271 0,001 0,023 0,023 1,159 0,001 2000 C1(x) (mg/m3) 0,041 0,041 2,088 0,002 0,037 0,037 1,904 0,002 C1(x,y)(mg/m3) 0,024 0,024 1,222 0,001 0,022 0,022 1,115 0,001 Bảng 8.12. Nồng độ các chất ô nhiễm trên mặt đất với trục hướng gió đi qua chân ống khói 2 thuộc lò hơi số 2 vào mùa hè và mùa đông ỐNG KHÓI SỐ 2 Mùa hè Mùa đông Các chất ô nhiễm SO2 CO CO2 BUI SO2 CO CO2 BUI Khoảng cách x(m) 100 C1(x) (mg/m3) 0,002 0,002 0,091 7,10-5 0,012 0,012 0,091 0,001 C1(x,y)(mg/m3) 0,000 9,24,10-53 5,10-51 4,10-54 6,10-52 6,10-52 5,10-51 2,6,10-53 200 C1(x) (mg/m3) 0,456 0,459 23,301 0,019 0,733 0,738 23,301 0,030 C1(x,y)(mg/m3) 0,000 2,5,10-15 1,10-13 1,10-16 0,000 4,10-15 1,10-13 1,6,10-16 300 C1(x) (mg/m3) 0,888 0,894 45,416 0,037 1,062 1,069 45,416 0,044 C1(x,y)(mg/m3) 0,000 1,1,10-7 6,10-6 4,10-9 0,000 1,10-7 6,10-6 5,4,10-9 400 C1(x) (mg/m3) 0,891 0,896 45,544 0,037 0,954 0,960 45,544 0,039 C1(x,y)(mg/m3) 0,000 6,6,10-5 0,003 3,10-6 0,000 7,10-5 0,003 3,10-6 500 C1(x) (mg/m3) 0,767 0,772 39,214 0,032 0,778 0,783 39,214 0,032 C1(x,y)(mg/m3) 0,001 0,001 0,066 5,10-5 0,001 0,001 0,066 5,4,10-5 600 C1(x) (mg/m3) 0,636 0,640 32,543 0,026 0,627 0,631 32,543 0,026 C1(x,y)(mg/m3) 0,006 0,006 0,324 0,000 0,006 0,006 0,324 0,000 700 C1(x) (mg/m3) 0,526 0,530 2,922 0,022 0,509 0,512 26,922 0,021 C1(x,y)(mg/m3) 0,016 0,016 0,814 0,001 0,015 0,015 0,814 0,001 800 C1(x) (mg/m3) 0,439 0,442 22,442 0,018 0,419 0,421 22,442 0,017 C1(x,y)(mg/m3) 0,028 0,028 1,426 0,001 0,027 0,027 1,426 0,001 900 C1(x) (mg/m3) 0,370 0,372 18,911 0,015 0,350 0,352 18,911 0,014 C1(x,y)(mg/m3) 0,040 0,040 2,029 0,002 0,038 0,038 2,029 0,002 1000 C1(x) (mg/m3) 0,315 0,317 16,115 0,013 0,296 0,298 16,115 0,012 C1(x,y)(mg/m3) 0,050 0,050 2,536 0,002 0,047 0,047 2,536 0,002 1100 C1(x) (mg/m3) 0,271 0,273 13,881 0,011 0,254 0,256 13,881 0,011 C1(x,y)(mg/m3) 0,057 0,057 2,919 0,002 0,053 0,054 2,919 0,002 1200 C1(x) (mg/m3) 0,236 0,238 12,074 0,010 0,220 0,221 12,074 0,009 C1(x,y)(mg/m3) 0,062 0,063 3,178 0,003 0,058 0,058 3,178 0,002 1300 C1(x) (mg/m3) 0,207 0,209 10,596 0,009 0,192 0,194 10,596 0,008 C1(x,y)(mg/m3) 0,065 0,066 3,332 0,003 0,061 0,061 3,332 0,003 1400 C1(x) (mg/m3) 0,183 0,184 9,373 0,008 0,170 0,171 9,373 0,007 C1(x,y)(mg/m3) 0,067 0,067 3,403 0,003 0,062 0,062 3,403 0,003 1500 C1(x) (mg/m3) 0,163 0,164 3,463 0,007 0,151 0,152 3,159 0,006 C1(x,y)(mg/m3) 0,067 0,067 1,414 0,003 0,062 0,062 1,290 0,003 1600 C1(x) (mg/m3) 0,146 0,147 3,093 0,006 0,135 0,136 2,822 0,006 C1(x,y)(mg/m3) 0,066 0,066 1,393 0,003 0,061 0,061 1,270 0,003 1700 C1(x) (mg/m3) 0,132 0,133 2,781 0,005 0,122 0,123 2,537 0,005 C1(x,y)(mg/m3) 0,065 0,065 1,359 0,003 0,060 0,060 1,240 0,002 1800 C1(x) (mg/m3) 0,120 0,121 2,515 0,005 0,110 0,111 2,294 0,005 C1(x,y)(mg/m3) 0,063 0,063 1,318 0,003 0,058 0,058 1,202 0,002 1900 C1(x) (mg/m3) 0,109 0,110 2,286 0,005 0,100 0,101 2,085 0,004 C1(x,y)(mg/m3) 0,061 0,061 1,271 0,003 0,056 0,056 1,159 0,002 2000 C1(x) (mg/m3) 0,100 0,101 2,088 0,004 0,092 0,092 1,904 0,004 C1(x,y)(mg/m3) 0,058 0,059 1,222 0,002 0,054 0,054 1,115 0,002 Bảng 8.12. Nồng độ chất ô nhiễm trên mặt đất với trục hướng gió đi qua chân ống khói thuộc lò hơi số 1 vào mùa hè và mùa đông ỐNG KHÓI SỐ 3 Mùa hè Mùa đông Các chất ô nhiễm SO2 CO CO2 BUI SO2 CO CO2 BUI Khoảng cách x(m) 100 C3(x) (mg/m3) 0,038 0,038 1,940 0,002 0,039 0,039 1,999 0,002 C3(x,y) (mg/m3) 2,10-51 1,96,10-51 1,10-49 8,10-53 2,10-51 2,10-51 1,10-49 8,3,10-53 200 C3(x) (mg/m3) 0,490 0,493 25,036 0,020 0,462 0,465 23,632 0,019 C3(x,y) (mg/m3) 3,10-15 2,6,10-15 1,3,10-13 1,10-16 2,10-15 2,10-5 1,10-13 1,10-16 300 C3(x) (mg/m3) 0,516 0,519 26,390 0,021 0,478 0,481 24,463 0,020 C3(x,y) (mg/m3) 6,10-8 6,4,10-8 3,2,10-6 3,10-9 6,10-8 6,10-8 3,10-6 2,4,10-9 400 C3(x) (mg/m3) 0,411 0,414 21,041 0,017 0,379 0,381 19,373 0,016 C3(x,y) (mg/m3) 3,10-5 3,1,10-5 0,002 1,10-6 3,10-5 3,10-5 0,001 1,2,10-6 500 C3(x) (mg/m3) 0,317 0,319 16,210 0,013 0,291 0,293 14,876 0,012 C3(x,y) (mg/m3) 0,001 0,001 0,027 2,10-5 0,001 0,000 0,025 2,10-5 600 C3(x) (mg/m3) 0,247 0,249 12,635 0,010 0,226 0,228 11,574 0,009 C3(x,y) (mg/m3) 0,002 0,002 0,126 0,000 0,002 0,002 0,115 9,3,10-5 700 C3(x) (mg/m3) 0,197 0,198 10,054 0,008 0,180 0,181 9,199 0,007 C3(x,y) (mg/m3) 0,006 0,006 0,304 0,000 0,005 0,005 0,278 0,000 800 C3(x) (mg/m3) 0,160 0,161 8,166 0,007 0,146 0,147 7,466 0,006 C3(x,y) (mg/m3) 0,010 0,010 0,519 0,000 0,009 0,009 0,475 0,000 900 C3(x) (mg/m3) 0,132 0,133 6,757 0,005 0,121 0,122 6,175 0,005 C3(x,y) (mg/m3) 0,014 0,014 0,725 0,001 0,013 0,013 0,662 0,001 1000 C3(x) (mg/m3) 0,111 0,112 5,682 0,005 0,102 0,102 5,191 0,004 C3(x,y) (mg/m3) 0,017 0,018 0,894 0,001 0,016 0,016 0,817 0,001 1100 C3(x) (mg/m3) 0,095 0,095 4,846 0,004 0,087 0,087 4,425 0,004 C3(x,y) (mg/m3) 0,020 0,020 1,019 0,001 0,018 0,018 0,930 0,001 1200 C3(x) (mg/m3) 0,082 0,082 4,182 0,003 0,075 0,075 3,818 0,003 C3(x,y) (mg/m3) 0,022 0,022 1,101 0,001 0,020 0,020 1,005 0,001 1300 C3(x) (mg/m3) 0,071 0,072 3,648 0,003 0,065 0,066 3,330 0,003 C3(x,y) (mg/m3) 0,022 0,023 1,147 0,001 0,020 0,021 1,047 0,001 1400 C3(x) (mg/m3) 0,063 0,063 3,211 0,003 0,057 0,058 2,931 0,002 C3(x,y) (mg/m3) 0,023 0,023 1,166 0,001 0,021 0,021 1,064 0,001 1500 C3(x) (mg/m3) 0,056 0,056 2,850 0,002 0,051 0,051 2,601 0,002 C3(x,y) (mg/m3) 0,023 0,023 1,164 0,001 0,021 0,021 1,062 0,001 1600 C3(x) (mg/m3) 0,050 0,050 2,547 0,002 0,045 0,046 2,324 0,002 C3(x,y) (mg/m3) 0,022 0,023 1,147 0,001 0,020 0,021 1,047 0,001 1700 C3(x) (mg/m3) 0,045 0,045 2,291 0,002 0,041 0,041 2,091 0,002 C3(x,y) (mg/m3) 0,022 0,022 1,120 0,001 0,020 0,020 1,022 0,001 1800 C3(x) (mg/m3) 0,041 0,041 2,073 0,002 0,037 0,037 1,891 0,002 C3(x,y) (mg/m3) 0,021 0,021 1,086 0,001 0,019 0,020 0,991 0,001 1900 C3(x) (mg/m3) 0,037 0,037 1,885 0,002 0,034 0,034 1,720 0,001 C3(x,y) (mg/m3) 0,020 0,021 1,048 0,001 0,019 0,019 0,956 0,001 2000 C3(x) (mg/m3) 0,034 0,034 1,722 0,001 0,031 0,031 1,571 0,001 C3(x,y) (mg/m3) 0,020 0,020 1,008 0,001 0,018 0,018 0,920 0,001 - Nồng độ hỗn hợp SO2 trên mặt đất của khí thải từ lò hơi 1 và lò hơi 2: + Với trục toạ độ x,y,z có gốc O trùng với chân ống khói của lò hơi số 1 và hướng gió trùng với trục OX, nồng độ hỗn hợp được tính toán theo công thức: C1hh= C1x+ C2(x,y) (mg/m3) + Với trục toạ độ x,y,z có gốc O trùng với chân ống khói của lò hơi số 2 và hướng gió trùng với trục OX, nồng độ hỗn hợp được tính toán theo công thức: C2hh= C2x+C1(x,y) ( mg/m3 ) Bảng 8.13. Nồng độ các chất ô nhiễm tổng hợp từ nguồn thải 1và nguồn thải 2 với trục gió thổi của nguồn 1 vào mùa hè và mùa đông C1hh (mg/m3) MÙA HÈ MÙA ĐÔNG Các chất ô nhiễm SO2 CO CO2 BUI SO2 CO CO2 BUI Khoảng cách x (m) 100 0,109 0,110 5,576 45,2.10-3 0,116 0,117 5,403 4,8.10-3 200 1,208 1,216 61,764 50,0.10-3 1,431 1,440 58,974 59,3.10-3 300 1,587 1,598 81,172 65,7.10-3 1,705 1,716 78,284 70,6.10-3 400 1,423 1,432 72,748 58,0.10-3 1,441 1,450 70,468 59,7.10-3 500 1,168 1,176 59,727 48,4.10-3 1,145 1,152 57,977 47,4.10-3 600 0,947 0,953 48,434 39,2.10-3 0,911 0,916 47,065 37,7.10-3 700 0,776 0,781 39,671 32,1.10-3 0,736 0,741 38,567 30,5.10-3 800 0,646 0,650 33,016 26,7.10-3 0,608 0,611 32,097 25,2.10-3 900 0,546 0,550 27,925 22,6.10-3 0,511 0,514 27,139 21,1.10-3 1000 0,469 0,472 23,961 19,4.10-3 0,436 0,439 23,276 18,1.10-3 1100 0,407 0,410 20,815 16,9.10-3 0,378 0,380 20,209 15,6.10-3 1200 0,357 0,360 18,273 14,8.10-3 0,331 0,333 17,730 13,7.10-3 1300 0,316 0,319 16,184 13,1.10-3 0,292 0,294 15,695 12,1.10-3 1400 0,282 0,284 14,445 11,7.10-3 0,260 0,262 14,000 10,8.10-3 1500 0,254 0,255 8,090 10,5.10-3 0,234 0,235 7,380 9,7.10-3 1600 0,229 0,231 7,334 9,5.10-3 0,211 0,212 6,690 8,7.10-3 1700 0,208 0,210 6,682 8,6.10-3 0,191 0,193 6,095 7,9.10-3 1800 0,190 0,191 6,116 7,9.10-3 0,175 0,176 5,578 7,2.10-3 1900 0,174 0,175 5,620 7,2.10-3 0,160 0,161 5,126 6,6.10-3 2000 0,160 0,161 5,184 6,6.10-3 0,147 0,148 4,728 6,1.10-3 Bảng 8.14. Nồng độ SO2 tổng hợp từ nguồn thải 1và nguồn thải 2 với trục gió thổi của nguồn 1 vào mùa hè và mùa đông C2hh (mg/m3) MÙA HÈ MÙA ĐÔNG Các chất ô nhiễm SO2 CO CO2 BUI SO2 CO CO2 BUI Khoảng cách x (m) 100 0,038 0,038 1,940 1,6.10-3 0,039 0,039 1,999 1,6.10-3 200 0,490 0,493 25,036 20,3.10-3 0,462 0,465 23,632 19,1.10-3 300 0,516 0,519 26,390 21,4.10-3 0,478 0,481 24,463 19,8.10-3 400 0,412 0,414 21,046 17,0.10-3 0,379 0,381 19,378 15,7.10-3 500 0,319 0,321 16,310 13,2.10-3 0,293 0,295 14,974 12,1.10-3 600 0,256 0,258 13,116 10,6.10-3 0,235 0,237 12,042 9,7.10-3 700 0,220 0,221 11,244 9,1.10-3 0,202 0,203 10,357 8,4.10-3 800 0,200 0,201 10,232 8,3.10-3 0,184 0,185 9,476 7,6.10-3 900 0,189 0,190 9,675 7,8.10-3 0,174 0,175 9,015 7,2.10-3 1000 0,182 0,183 9,313 7,5.10-3 0,168 0,169 8,725 6,9.10-3 1100 0,176 0,177 9,008 7,2.10-3 0,162 0,163 8,479 6,7.10-3 1200 0,170 0,171 8,703 7,0.10-3 0,157 0,158 8,221 6,5.10-3 1300 0,164 0,165 8,377 6,8.10-3 0,151 0,152 7,937 6,2.10-3 1400 0,157 0,158 8,032 6,5.10-3 0,144 0,145 7,628 6,0.10-3 1500 0,150 0,151 5,679 6,2.10-3 0,138 0,139 5,181 5,7.10-3 1600 0,143 0,144 5,333 5,9.10-3 0,131 0,132 4,865 5,4.10-3 1700 0,136 0,137 5,010 5,6.10-3 0,125 0,125 4,570 5,2.10-3 1800 0,129 0,130 4,708 5,3.10-3 0,118 0,119 4,295 4,9.10-3 1900 0,122 0,123 4,427 5,1.10-3 0,112 0,113 4,038 4,6.10-3 2000 0,116 0,117 4,167 4,8.10-3 0,106 0,107 3,800 4,4.10-3 8.1.2.4. Mức độ ô nhiễm của khí thải lò hơi - Từ các tính toán nồng độ các chất ô nhiễm trong khí thải lò hơi với nhiên liệu đốt là dầu FO (Chương 2) theo hệ số ô nhiễm do cơ quan bảo vệ môi trường Mỹ (US.EPA) xây dựng và kết quả nồng độ các chất ô nhiễm trong khí thải được thể hiện trong bảng 3.2 (chương 3), thì chỉ có SO2 vượt tiêu chuẩn cho phép (TCVN 5939 – 1995) khoảng 1,92 lần và các kết quả thu được bảng 8.4 cho thấy so với TCVN 5939 –1995 (bảng 8.5) thì SO2 trong khí thải tại miệng ống khói của cả hai lò hơi trong công ty đều vượi tiêu chuẩn cho phép 1,44 lần, còn CO thì vượt tiêu chuẩn cho phép1,45 lần. - Để tính được mức độ ô nhiễm của khí thải trên mặt đất ảnh hưỡng đến môi trường không khí xung quanh, ta dựa vào bảng 8.15. Bảng 8.15. TCVN 5937:1995 – Tiêu chuẩn chất lượng không khí xunh quanh (giá trị giới hạn các thông số cơ bản trong không khí xung quanh, mg/m3), [5] TT Thông số Trung bình 1 giờ Trung bình 8 giờ Trung bình 24 giờ 1 CO 40 10 5 2 NO2 0,4 - 0,1 3 SO2 0,5 - 0,3 4 CO2 - - - 5 O3 0,2 - 0,06 6 Bụi lơ lửng 0,3 - 0,2 Chú thích: “-“: Không xác định. 8.1.2.4. Biểu đồ thể hiện sự phân bố nồng độ khí thải lò hơi 8.1.3.1. Tính chất và tác hại của khí SO2 - Khí SO2 được sinh ra từ quá trình đốt nhiên liệu có chứa lưu huỳnh như than, dầu FO, dầu DO. Khí SO2 là loại khí không màu, không cháy, có vị hăng cay, do quá trình quang hóa hay do sự xúc tác khí SO2 dễ dàng bị oxy hóa biến thành SO3 trong khí quyển. Khí SO2, SO3 (gọi chung là SOx) là những khí độc hại không chỉ đối với sức khỏe con người, động thực vật mà còn tác động lên các vật liệu xây dựng, các công trình kiến trúc. Chúng là những chất có tính kích thích, ở nồng độ nhất định có thể gây co giật ở cơ trơn của khí quản. Ở nồng độ lớn hơn sẽ gây tăng tiết dịch niêm mạc đường khí quản. Khi tiếp xúc với mắt chúng có thể tạo thành axit. SOx có thể xâm nhập vào cơ thể con người qua các cơ quan hô hấp hoặc các cơ quan tiêu hóa sau khi được hòa tan trong nước bọt. Và cuối cùng chúng có thể xâm nhập vào hệ tuần hoàn. Khi tiếp xúc với bụi, SOx có thể tạo ra các hạt axit nhỏ, các hạt này có thể xâm nhập vào các huyết mạch nếu kích thước của chúng nhỏ hơn 2 - 3 μm. SO2 có thể xâm nhập vào cơ thể của người qua da và gây ra các chuyển đổi hóa học, kết quả của nó là hàm lượng kiềm trong máu giảm, amoniac bị thoát qua đường tiểu và có ảnh hưởng đến tuyến nước bọt. Hầu hết dân cư sống quanh khu vực nhà máy do tiếp xúc thường xuyên với không khí có nồng độ SO2, SO3 cao nên đều mắc bệnh đường hô hấp. - SOx bị oxy hóa ngoài không khí và phản ứng với nước mưa tạo thành axit sulfuric hay các muối sulfate gây hiện tượng mưa axit, ảnh hưởng xấu đến sự phát triển thực vật. Khi tiếp xúc với môi trường có chứa hàm lượng SO2 từ 1- 2 ppm trong vài giờ có thể gây tổn thương lá cây. Đối với các loại thực vật nhạy cảm như nấm, địa y, hàm lượng 0,15 - 0,30 ppm có thể gây độc tính cấp. Sự có mặt của SOx trong không khí ẩm còn là tác nhân gây ăn mòn kim loại, bê tông và các công trình kiến trúc. SOx làm hư hỏng, làm thay đổi tính năng vật lý, làm thay đổi màu sắc vật liệu xây dựng như đá vôi, đá hoa, đá cẩm thạch, phá hoại các tác phẩm điêu khắc như tượng đài, sắt, thép và các kim loại khác ở trong môi trường khí ẩm, nóng và bị nhiễm SOx thì bị han gỉ rất nhanh. SOx cũng làm hư hỏng và giảm tuổi thọ các sản phẩm vải, nylon, tơ nhân tạo, đồ bằng da và giấy… 8.1.3.2. Các phương pháp xử lý a. Làm sạch khí thải bằng phương pháp hấp thụ Đây là quá trình thu hút chọn lọc một hay một số thành phần của hỗn hợp khí bằng chất thu hút thể dịch, gọi là chất hấp thụ. Hấp thụ là quá trình quan trọng để xử lý khí và được ứng dụng trong rất nhiều quá trình khác. Hấp thụ trên cơ sở của quá trình truyền khối, được mô tả và tính toán dựa vào phân chia 2 pha (cân bằng pha, khuếch tán). - Cơ chế của quá trình có thể chia thành 3 bước: + Khuếch tán các phân tử chất ô nhiễm thể khí trong khối khí thải đến bề mặt của chất lỏng hấp thụ. Nồng độ phân tử ở phía chất khí phụ thuộc vào cả 2 hiện tượng khuếch tán: Khuếch tán rối: có tác dụng làm nồng độ phân tử được đều đặn trong khối khí. Khuếch tán phân tử: làm cho các phân tử khí chuyển động về phía lớp biên. * Trong pha lỏng củng xảy ra hiện tượng tương tự: Khuếch tán rối: được hình thành để giữ cho nồng độ được đều đặn trong toàn bộ khối chất lỏng. Khuếch tán phân tử: làm dịch chuyển các phân tử đến lớp biên hoặc tử lớp biên đi vào pha khí. + Thâm nhập và hoà tan chất khí vào bề mặt của chất hấp thụ. + Khuếch tán chất khí đã hoà tan trên bề mặt ngăn cách vào sâu trong lòng chất lỏng hất thụ. Quá trình hấp thụ phụ thuộc vào sự tương tác giữa chất hấp thụ và chất bị hấp thụ trong pha khí. - Các yếu tố ảnh hưởng: + Thiết bị hấp thụ được sử dụng khá nhiếu khi lưu lượng dòng khí lớn và nồng độ các khí độc hại khá cao. Ngoài ra, khi áp dụng phương pháp này đạt hiệu quả kinh tế cao có thể thu hồi các chất để tuần hoàn hay chuyển sang công đoạn sản xuất ra các sản phẩm khác. Có hai phương thức: hấp thụ vật lí (các phần tử hấp thụ không phản ứng với chất hấp thụ), hấp thụ hóa học (các phần tử bị hấp thụ có phản ứng tạo hỗn hợp hóa học mới). + Hiệu suất của quá trình thụ thuộc các yếu tố: Lưu lượng, thành phần, tính chất, nhiệt độ… của khí thải. Tính chất, chất lượng chất hấp thụ. Thời gian sử dụng chất hấp thu trong quá trình. Lượng chất hấp thụ sử dụng. Các yếu tố khác như: nhiệt độ, áp suất… - Chất hấp thụ với nguyên tắc có thể sử dụng bất kỳ loại nào miễn sao có thể hoà tan được thành phần tách ra từ dòng khí. Tuy nhiên những chất hấp thụ công nghiệp áp dụng trong quá trình làm sạch liên tục dòng khí thải cần thoả mãn một số yêu cầu sau: + Có đủ khả năng hấp thụ cao. + Có tính chọn lọc cao theo quan hệ với thành phần cần được tách ra. + Có thể có tính bốc hơi nhỏ. + Có những tính chất động học tốt. + Có khả năng hoàn nguyên tốt. + Có tính ổn định nhiệt hóa học. + Không có tác động ăn mòn đến thiết bị, không độc hại với con người. + Có giá thành rẻ và dễ kiếm trong sản xuất công nghiệp. - Yêu cầu của thiết bị: Hiệu quả và khả năng cho khí đi qua, trở lực thấp (<3000 pa), kết cấu dơn giản và vận hành thuận tiện, khối lượng nhỏ, không bị tắc nghẽn bởi cặn sinh ra trong quá trình hấp thụ. Khi đồng thời hấp thụ nhiều khí, vận tốc hấp thụ của mỗi khí bị giảm xuống. Khi hấp thụ hóa học trong tháp xuất hiện đối lưu bề mặt, nghĩa là trên bề mặt phân chia pha xuất hiện dòng đối lưu cưỡng bức thúc đẩy quá trình truyền khối. Có các loại thiết bị hấp thụ được sử dụng thông dụng: 1a. Thiết bị lọc khí rỗng tốc độ cao - Ưu điểm: + Vận tốc dòng khí trong tháp cao 4,5 – 10 m/s làm cho khả năng hấp thụ được tăng đáng kể. + Đường kích tháp nhỏ nên mật độ tưới nhỏ (50 – 90 m3/m2) tiết kiệm dung môi mà vẫn cho năng suất cao. - Nhược điểm: + Thiết bị dể bị ăn mòn phải phủ lớp bảo vệ, làm tăng giá thành thiết bị. + Đòi hỏi một hệ thống điều khiển tự động cung cấp dung dịch vào. + Gây lắng đọng cặn ở các bộ phận chắn nước gây tắc. + Yêu cầu người vận hành phải có kỹ thuật cao. 1b. Thiết bị rửa khí có lớp đệm - Ưu điểm: + Hiệu quả xử lý cao: sử dụng dung dịch kiềm khử H2SO4, SO3, SO2 đến 95% – 98%, HNO3 80% – 90%, Acetic acid 80% - 90%… (thiết bị Scrubber United của Specialists I.N.C). + Vận hành đơn giản, dễ dàng sửa chữa thay thế. + Giá thành thiết bị chấp nhận được. - Nhược điểm: + Khó khăn trong khâu rửa vật liệu đệm. + Phân phối nước phải đều. + Năng suất sử dụng trong một khoảng khống chế. 1c. Thiết bị khử khí kiểu sủi bọt - Làm sạch khí thải hút từ bể tẩy rửa có hơi và son khí acid, muối…Sử dụng các đĩa lọc khí, gồm nhiều đơn nguyên ghép lại nên dễ dàng lắp đặt và thay đổi theo nhu cầu xử lý. - Có thể sử dụng trong một khoảng giới hạn năng suất lớn: 3000-90000 m3/h. b. Làm sạch khí thải bằng phương pháp hấp phụ - Đây là quá trình hút chọn lọc một hay một số thành phần của hỗn hợp khí hay dung dịch bằng vật thể rắn. Những chất hấp phụ được áp dụng trong kỹ thuật xử lý khí thải có sự phát triển bề mặt bên trong rất lớn và chúng cần phải đáp ứng một số yêu cầu sau: + Có khả năng hấp phụ lớn. + Không tác dụng hóa học với các thành phần khí riêng biệt có trong khí thải. + Có tính lựa chọn cao. + Có độ bền cơ học cao, yêu cầu này cần được chú ý hơn khi sử dụng chúng trong những thiết bị hoạt động liên tục. + Có khả năng hoàn nguyên. + Giá thành hạ. * Các dạng tháp hấp thụ phổ biến: 1b. Tháp hấp phụ với chất hấp phụ đứng yên - Ưu điểm: + Kết cấu đơn giản, chất hấp phụ không bị vỡ. + Được áp dụng cho khi năng suất nhỏ và vừa. - Nhược điểm: + Phải sử dụng nhiều thiết bị, thời gian làm việc chỉ chiếm 1/3 - 1/4 chu kỳ làm việc chung. + Hệ thống đóng mở các giai đoạn phức tạp gây khó khăn cho người vận hành. + Hiệu quả làm việc của thiết bị không cao bởi vì vận tốc khí qua thiết bị nhỏ (khoảng 0,15 - 0,35 m/s). 2b. Tháp hấp phụ hoạt động liên tục - Ưu điểm: + Điều chỉnh quá trình tinh vi hơn. + Có thể sử dụng kết cấu tối ưu và kích thước tối ưu cho từng đoạn của thiết bị. + Quá trìng thực hiện liên tục. - Nhược điểm: + Kết cấu phức tạp. + Chất hấp phụ bị mài mòn nên cần phải xử lý bụi. + Cường độ hấp thụ do vận tốc khí nhỏ và không có sự xáo trộn mãnh liệt chất hấp phụ. 3b. Tháp hấp phụ với lớp giả lỏng: - Ưu điểm: + Cường độ hấp phụ cao do hạt có kích thước nhỏ và được xáo trộn mãnh liệt trong lớp giả lỏng. + Nhiệt độ phân bố đều trong lớp hấp phụ, tránh được hiện tượng quá nhiệt. + Trở lực bé, cho năng suất lớn. - Nhược điểm: + Chất hấp phụ bị phá vỡ và tạo thành bụi, cần phải có hệ thống xử lý bụi. + Tiêu hao nhiều chất hấp phụ. + Thiết bị chóng mòn. 4b. Thiết bị làm sạch khí thải bằng trao đổi ion Là quá trình hấp thụ phân tử, có sự phản ứng hóa học của phân tử khí với chất trao đổi ion, có thể xảy ra sự hoà tan của một số chất khí vào trong nước (nếu trong nước có chất trao đổi ion). Những chất trao đổi ion có đồng thời tính chất của chất hấp phụ rắn lẫn tính chất của chất hấp phụ lỏng. - Ưu điểm: + Vận tốc khí xử lý lưu thông cao 7000 – 10000 m3/h cho 1 m2 bề mặt phin lọc. + Hiệu quả xử lý cao 97 - 99%. + Vật liệu sợi trao đổi hàn nguyên được nhiều lần. + Có thể xử lý được nhiều chất khí độc hại trong cùng một thời gian làm việc. - Nhược điểm: + Giá thành đầu tư ban đầu cao. + Yêu cầu công tác vận hành phải có kỹ thuật cao. + Vận tốc khí qua bộ lọc trao đổi cần phải thấp. 5b. Xử lý khí thải bằng phương pháp xúc tác nhiệt Bản chất của phương pháp này là thực hiện các tương tác hóa học nhằm chuyển các chất khí độc thành sản phẩm khác với sự có mặt của chất xúc tác đặc biệt. Thường dùng trong các trường hợp khí thải của các quá trình công nghệ không thể thu hồi hoặc tái sinh được. - Ưu điểm: + Hiệu quả xử lý cao. + Chuyển được các chất độc thành các chất độc ít hơn (các phương pháp khác không làm được). - Nhược điểm: + Yêu cầu điều kiện làm việc nghiêm ngặt: áp suất, nhiệt độ… + Xúc tác bị giảm dần về hoạt tính. + Giá thành và yêu cầu chất lượng, kỹ thuật của xúc tác khá cao. 6b. Phương pháp nhiệt Được áp dụng khá phổ biến trong sản xuất sơn, trong quá trình điều chế một số sản phẩm hóa, điện hóa và điện tử, trong công nghiệp hóa dầu, sản xuất methanol. - Có hai dạng: + Thiêu huỷ không có chất xúc tác: chỉ áp dụng với khí thải có nồng độ chất độc hại cao và có hàm lượng oxy đủ lớn. + Thiêu huỷ có chất xúc tác: thích hợp cho các khí độc hại có nồng độ thấp gần với giới hạn bắt lửa. 7b. Phương pháp ngưng tụ Phương pháp này sử dụng một số dung môi chất làm lạnh để hạ nhiệt độ của không khí tới nhiệt độ nhất định mà khi đó các khí thành phần bị ngưng tụ và tách ra khỏi dòng khí. Phương pháp này thường được áp dụng để thu hồi các dung môi hữu cơ: xăng dầu, axeton, toluen… Đối với các dung môi hữu cơ có nhiệt độ sôi cao thì có thể thu hồi lại được những bằng cách đơn giản và đỡ tốn kém hơn so với các dung môi có nhiệt độ sôi thấp. 8b. Phương pháp sinh hóa – vi sinh Lợi dụng các vi sinh vật trong môi trường xung quanh (đất, nước, không khí,…) để hấp thụ, phân huỷ các khí thành phần độc hại có trong dòng khí. 8.1.3.3. Lựa chọn phương án xử lý - Hiệu quả xử lý yêu cầu: - Để xử lý SO2 thì phương pháp thích hợp nhất là phương pháp hấp thụ. - Dùng CaO pha vào nước tạo thành Ca(OH)2 làm dung dịch hấp thụ có hiệu quả xử lý cao. Vì CaO là loại nguyên liệu dễ kiếm, rẻ tiền và dễ pha chế. Lượng cặn thu được có thể nén lại làm nguyên liệu tạo thạch cao. - Nếu sử dụng các dung môi khác để hấp thụ hoàn toàn SO2 là rất khó, giá thành cao, khó tái sinh và việc thiết kế thiết bị cũng không đơn giản. - Vậy ta chọn phương pháp hấp thụ với dung môi hấp thụ là dung dịch sữa vôi. 8.2. Tính toán, thiết kế thiết bị xử lý SO2 trong khí thải lò hơi Tại công ty cao su Đà Nẵng có 2 xưởng năng lượng, xưởng năng lượng cho xí nghiệp ô tô (gồm có 4 lò hơi) và xưởng năng lượng cho xí nghiệp xe đạp – xe máy và đắp lốp (gồm có 3 lò hơi). - Xưởng năng lượng số 1 thuộc xí nghiệp ô tô: + Hai lò hơi loại 4 tấn hơi/giờ, khí thải được dẫn ra ống khói số 1 có đường kính D = 900 mm. + Hai lò hơi loại 10 tấn hơi/giờ, khí thải được dẫn ra ống khói số 2 có đường kính D = 1000 mm. - Xưởng năng lượng số 2 thuộc xí nghiệp xe đạp – xe máy và đắp lốp: + Một lò hơi loại 1,8 tấn hơi/giờ, hai lò hơi loại 2,5 tấn hơi/giờ, cùng thải khí thải ra ống khói số 3 có đường kính D = 600 mm. * Để xử lý khí SO2 trong khói thải lò hơi ta dùng thiết bị scrubber có lớp vật liệu đệm có phun dung dịch sữa vôi (Ca(OH)2), phương pháp xử lý ở đây là dùng Ca(OH)2 hấp thụ khí SO2 có trong khói thải, lớp vật liệu đệm là các khâu rasching nhằm mục đích tăng khả năng tiếp xúc giữa dung dịch hấp thụ và khí SO2. Hiệu suất xử lý của loại thiết bị này phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: - Chiều dày lớp vật liệu đệm, nếu chiều dày lớn quá thì tổn thất qua thiết bị sẽ tăng. - Vận tốc chuyển động trong mặt cắt ngang của scrubber. - Phụ thuộc vào cường độ phun dung dịch hấp thụ. Để xử lý khí thải cho các lò hơi, dùng 3 Scrubber: - Một Scrubber xử lý khí thải cho hai lò hơi loại 4 tấn hơi/giờ, khí thải sau xử lý được dẫn ra ống khói D = 900 mm. - Một Scrubber xử lý khí thải cho hai lò hơi loại 10 tấn hơi/giờ, khí thải sau xử lý được dẫn ra ống khói D = 1000 mm. - Một Scrubber xử lý khí thải cho ba lò hơi còn lại, khí thải sau xử lý được dẫn ra ống khói D = 600 mm. Hai xưởng năng lượng nằm cách nhau 200 m. 8.2.1. Tính toán Scrubber xử lý khí thải cho 2 lò hơi loại 4 tấn hơi/giờ thuộc xưởng năng lượng số 1 8.2.1.1. Tính toán thiết bị Scruber - Cơ sở cho quá trình tính toán thiết bị scruber là: + Lưu lượng khí thải cần xử lý L1 = 4,168 (m3/s) = 15005 (m3/h). + Thời gian lưu của khí thải trong thiết bị, τ = 1 ¸ 3 s, chọn τ1 = 1,5 s. + Vận tốc dòng khí thải chuyển động trong scrubber, va=1 ¸ 4m/s. Ta chọn v1a = 2 (m/s). Từ các cơ sở trên ta tính thiết bị xử lý khí SO2 như sau: + Thể tích của tháp: V1 = L1 τ1 = 4,168 1,5 = 6,252(m3). + Chiều cao của thiết bị: H1 = V1α τ1 = 2 1,5= 3(m). + Tiết diện ngang của thiết bị: F1 = = = 2,084 (m2). + Đường kính của Scrubber được tính theo công thức: (m) - Từ kinh nghiệm thực tế có thể chọn các thông số sau: + Chiều cao lớp vật liệu đệm, hđ = 0,7 (m). + Chiều cao từ mép trên của lớp vật liệu đệm đến tấm chắn nước, hvc = 1 (m). + Chiều cao phun mưa, hm = 0,8(m). + Chiều cao lớp chắn nước, hcn = 0,2 (m). + Khoảng cách từ miệng vào đến tấm chắn nước bằng 0,4 (m). + Chiều cao hình phễu, hp =0,92 (m). + Khoảng cách từ mép trên hình phễu đến miệng ống vào chọn bằng 0,3 (m). + Khoảng cách từ mép trên tấm chắn nước đến nắp trên scruber bằng 0,8 (m). + Tấm phân phối khí có chiều dày 25 mm trên đó có khoan lỗ với đường kính lỗ d = 10 mm. Khoảng cách giữa tâm các lỗ là 20 mm. + Khâu Rasching là các khâu bằng sứ với kích thước 25253 mm, đổ thành lớp dày 700 mm trên tấm đục lỗ với diện tích lỗ chiếm 76% diện tích bề mặt. Một m3 loại khâu sứ có kích thước như trên chứa khoảng 50.000 khâu với tổng diện tích xung quanh là 220 m2 và trọng lượng khoảng 570 kg. + Lớp chắn nước làm từ các tấm tôn mỏng ghép lại với nhau, với bề dày là 200 mm. - Cấu tạo của scruber được thể hiện trên bản vẽ sau: 8.2.1.2. Tính toán lượng dung dịch hấp thụ Quá trình khử SO2 trong Scruber diễn ra các phản ứng sau: CaO + H2O = Ca(OH)2 (1) Ca(OH)2 + SO2 = CaSO3 + H2O (2) CaSO3 + ½ O2 + 2H2O = CaSO4.2H2O (3) - Lượng vôi cần dung được xác định theo công thức: (kg/tấn dầu) Trong đó: Sp: Thành phần lưu huỳnh trong dầu được tính theo phần trăm khối lượng, Sp = 2,9%. β: hệ số khử SO2 trong khói thải, β = 0,77. μS, μCaO: phân tử gam của S và CaO, μS = 32 g; μCaO = 40 g. K: tỷ lệ CaO nguyên chất, chọn K = 0,85. Nên: (kg/tấn dầu) - Lượng CaO dùng trong 1 giờ sẽ là: GhCaO = GCaO . B (kg/h) Với B là lượng dầu tiêu thụ trong 1 giờ, B = 558 kg/h. GhCaO = 45,974 × 0,558 = 25,653 (kg/h) - Lượng cặn khô thu được trong quá trình xử lý: Trong đó: Gcặn: lượng cặn khô thu được (kg/tấn dầu). M : phân tử gam của các chất có ký hiệu chân tương ứng. = 102,015 (kg/tấn dầu FO) - Vậy, lượng cặn thu được: Gc = Gcặn × B = 102,015 × 0,558 = 56,924 (kg/h) - Lượng nước tuần hoàn từ Scruber về lại bể chứa: + Lượng nước tiêu thụ trong phản ứng (1) được xác định theo công thức: (kg/h) Trong đó: MH2O, MCa(OH)2 lần lượt là phân tử gam của nước và vôi sữa: MH2O = 18g; MCa(OH)2 = 74 g. mCa(OH)2: lượng vôi sử dụng trong 1 giờ, dựa vào phương trình (1) ta có được lượng vôi sữa sử dụng trong 1 giờ là 33,899 kg. (kg/h) + Lượng nước sinh ra ở phản ứng (2) được xác định theo công thức: (kg/h) Theo phản ứng (2) ta có kg/h nên: (kg/h) + Lượng nước tiêu thụ ở phản ứng (3) được xác định theo công thức: (kg/h) Với: MH2O, MCaSO3 lần lượt là phân tử gam của H2O và CaSO3. mCaSO3 là lượng CaSO3 sinh ra trong 1 giờ, dựa vào phản ứng (2) ta có mCaSO3 = 54,971 kg/h. (kg/h) * Như vậy, lượng nước tuần hoàn từ Scruber về lại bể chứa sẽ là: (kg/h) (kg/h) 8.2.1.3. Tính toán tổn thất cột áp của không khí khi đi qua scruber - Tổn thất cột áp qua scruber chủ yếu là qua lớp vật liệu lọc ΔP1 (kg/m2), và lớp vật liệu rỗng để chắn nước ΔP2 (kg/m2). + Tổn thất qua lớp vật liệu lọc được tính theo công thức [6-27][1]: (kg/m2) Trong đó: Hm: chiều cao mưa, m. Hm = 0,8(m). d : chiều dày lớp vật liệu lọc, m. d = 0,7 (m). v : vận tốc không khí trên tiết diện ngang của scruber, m/s. v = 2(m/s). - Thay các số liệu vào công thức trên, ta có: = + Tổn thất qua lớp vật liệu rổng để chắn nước được tính theo công thức [6-28][1]: (kg/m2) Trong đó: : Bề dày lớp vật liệu rổng chắn nước, m. =0,2 m. (kg/m2) - Tổn thất cột áp của không khí khi đi qua scrubber: DPs = ΔP1 + ΔP2 = 110,4 + 24 = 134,4 ( kg/m2) = 1318,5 (pa) 8.2.1.4. Tính toán tổn thất cột áp của khí thải trên hệ thống ống dẫn từ lò hơi đến quạt hút * Đoạn 1 – 2: có lưu lượng L = 7488 m3/h, l = 7 m. - Chọn vận tốc không khí là v = 16,6 m/s. Theo phụ lục 9 – Thông gió và xử lý khí thải. Ta tìm được đường kính ống dẫn D mm, tổn thất áp suất đơn vị R (pa/m), áp suất động Pđ (pa). Như sau: L = 7488 m3/h; D = 400 mm; R = 6,57 pa/m; v =16,6 m/s; Pđ = 168,5 pa; R.l = 46 pa. - Tìm tổng trở cục bộ trên đoạn 1- 2, : + Trở lực miệng hút: = 0,2. + Cút 900 có R = 2D: = 0,2. + Cút 600 có R = 2D: = 0,12. + Chạc ba ống quần: = 0,1. Tổng hệ số tổn thất: = 0,62. - Tổn thất áp suất: DP = R×l + ΔPđ × = 6,57× 7 + 168,5 × 0,62 = 150,46 (pa) * Đoạn 2 – 3: có lưu lượng L = 15000 m3/h, l = 2,25 m. - Chọn vận tốc không khí là v = 17,6 m/s. Theo phụ lục 9 – Thông gió và xử lý khí thải. Ta tìm được đường kính ống dẫn D mm, tổn thất áp suất đơn vị R (pa/m), áp suất động Pđ (pa). Như sau: L = 15000 m3/h; D = 550 mm; R = 4,8 pa/m; v =17,6 m/s; Pđ = 189,4 pa; R.l = 10,8 pa. - Tìm tổng trở cục bộ trên đoạn 2- 3, : + Van điều chỉnh: = 0,15. Tổng hệ số tổn thất: = 0,15. - Tổn thất áp suất: DP = R×l + ΔPđ × = 4,8 × 2,25 + 189,4 × 0,15 = 39,21 (pa) * Đoạn 4 – 5: có lưu lượng L = 15000 m3/h, l = 5,5 m. - Chọn vận tốc không khí là v = 17,6 m/s. Theo phụ lục 9 – Thông gió và xử lý khí thải. Ta tìm được đường kính ống dẫn D mm, tổn thất áp suất đơn vị R (pa/m), áp suất động Pđ (pa). Như sau: L = 15000 m3/h; D = 550 mm; R = 4,8 pa/m; v =17,6 m/s; Pđ = 189,4 pa; R.l = 10,8 pa. - Tìm tổng trở cục bộ trên đoạn 4 - 5, : + Con vịt chuyển: = 0,4. + Van điều chỉnh: = 0,15. + Côn mở rộng trước quạt, α = 10o: = 0,05. Tổng hệ số tổn thất: = 0,6. - Tổn thất áp suất: DP = R×l + ΔPđ × = 4,8 × 2,25 + 189,4 × 0,6 = 124,44 (pa) * Đoạn 6 – 2: có lưu lượng L = 7488 m3/h, l = 3 m. - Chọn vận tốc không khí là v = 16,6 m/s. Theo phụ lục 9 – Thông gió và xử lý khí thải. Ta tìm được đường kính ống dẫn D mm, tổn thất áp suất đơn vị R (pa/m), áp suất động Pđ (pa). Như sau: L = 7488 m3/h; D = 400 mm; R = 6,57 pa/m; v =16,6 m/s; Pđ = 168,5 pa; R.l = 19,71 pa. - Tìm tổng trở cục bộ trên đoạn 1- 2, : + Trở lực miệng hút: = 0,2. + Cút 900 có R = 2D: = 0,2. + Cút 600 có R = 2D: = 0,12. + Chạc ba ống quần: = 0,1. Tổng hệ số tổn thất: = 0,62. - Tổn thất áp suất: DP = R×l + ΔPđ × = 6,57× 7 + 168,5 × 0,62 = 124,18 (pa) * Đoạn 7 – 8: có lưu lượng L = 15000 m3/h, l = 6,5 m. - Chọn vận tốc không khí là v = 17,6 m/s. Theo phụ lục 9 – Thông gió và xử lý khí thải. Ta tìm được đường kính ống dẫn D mm, tổn thất áp suất đơn vị R (pa/m), áp suất động Pđ (pa). Như sau: L = 15000 m3/h; D = 550 mm; R = 4,8 pa/m; v =17,6 m/s; Pđ = 189,4 pa; R.l = 31,2 pa. - Tìm tổng trở cục bộ trên đoạn 7- 8, : + Con vịt chuyển: = 0,4. + Ngoặt vuông sắc cạnh: = 0,4. + Cút 90o có R = 2D: = 0,2. Tổng hệ số tổn thất: = 1,4. - Tổn thất áp suất: DP = R×l + ΔPđ × = 4,8 × 6,5 + 189,4 × 1,4 = 296,4 (pa) * Đoạn 8 – 5: có lưu lượng L = 15000 m3/h, l = 2 m. - Chọn vận tốc không khí là v = 17,6 m/s. Theo phụ lục 9 – Thông gió và xử lý khí thải. Ta tìm được đường kính ống dẫn D mm, tổn thất áp suất đơn vị R (pa/m), áp suất động Pđ (pa). Như sau: L = 15000 m3/h; D = 550 mm; R = 4,8 pa/m; v =17,6 m/s; Pđ = 189,4 pa; R.l = 9,6 pa. - Tìm tổng trở cục bộ trên đoạn 8 - 5, : + Van điều khiển : = 0,05. + Côn mở rộng trước quạt, α = 10o: = 0,05. Tổng hệ số tổn thất: = 0,1. - Tổn thất áp suất: DP = R×l + ΔPđ × = 4,8 × 2 + 189,4 × 0,1= 28,54 (pa) Bảng 8.1. Tính toán tổn thất của hệ thống xử lý Đoạn Lưu lượng hút D (mm) l (m) v (m/s) R (pa/m) Sx ΔPđ (pa) PΣ (pa) L (m3/h) L (m3/s) 1 - 2 7488 2,08 400 7 16,6 6,57 168,5 150,46 2 - 3 15000 4,168 550 2,25 17,6 4,8 189,4 39,21 4 -5 15000 4,168 550 5,5 17,6 6,57 189,4 124,44 6 - 2 15000 2,08 400 3 16,6 4,8 168,5 124,18 7 - 8 15000 4,168 550 6,5 17,6 4,8 189,4 296,4 8 - 5 15000 4,168 550 2 17,6 4,8 189,4 28,54 8.2.1.5. Tính toán quạt hút và động cơ kéo quạt Đặt quạt trước ống khói, sau thiết bị xử lý Scrubber. Chiều dài đường ống chính từ lò hơi đến Scrubber là 9,25 m, từ Scrubber đến quạt 5,5 m, từ quạt tới ống khói 4 m. a. Áp lực của quạt: - Tổng tổn thất áp lực toàn hệ thống dẫn chính, bao gồm: + Tổn thất trên đường ống dẫn từ lò hơi tới Scruber, ΔPΣỐng (pa). + Tổn thất khi đi qua thiết bị xử lý, ΔPScrbber (pa). + Tổn thất trên đường ống dẫn từ thiết bị xữ lý tới quạt hút: ΔPỐng-Quạt (pa). PΣ = ΔPΣỐng + ΔPScrbber + ΔPỐng-Quạt = 150,46 + 39,21 + 1318,5 + 124,44 = 1632,6 (pa) = 166,4 (kg/m2) b. Công suất của máy quạt - Với lưu lượng hút L = 15000 m3/h, khi chọn quạt cần nhân thêm với hệ số an toàn α = 1,1. Vậy lưu lượng thực tế của quạt: Ltt = L × α = 15000 × 1,1 = 16500 m3/h * Chọn quạt hút li tâm BP – MP No710.Với lưu lượng L = 15000 m3/h, công suất của động cơ kéo quạt N = 18,5 kw. * Trong trường hợp phải dùng đến ống thoát sự cố (ống thoát 7 – 8), với tổn thất trên đường ống là P’Σ = 325 pa, thì động cơ kéo quạt được chuyển sang chạy ở công suất N’ = 4 kw. 8.2.2. Tính toán Scrubber cho hai lò hơi loại 10 tấn hơi/giờ thuộc xưởng năng lượng số 1 8.2.2.1. Tính toán thiết bị Scruber - Cơ sở cho quá trình tính toán thiết bị scruber là: + Lưu lượng khí thải cần xử lý L2 = 10,421 (m3/s) = 37515,6 (m3/h). + Thời gian lưu của khí thải trong thiết bị, τ = 1 ¸ 3 s, chọn τ2 = 1,5 s. + Vận tốc dòng khí thải chuyển động trong scrubber, va=1 ¸ 4m/s ta chọn V2a = 2 (m/s). - Từ các cơ sở trên ta tính thiết bị xử lý khí SO2 như sau: + Thể tích của tháp: V2 = L2 τ2 = 10,421 1,5 = 15,632 (m3). + Chiều cao của thiết bị: H2 = V2α τ2 = 2 1,5= 4(m). + Tiết diện ngang của thiết bị: F2 = = = 5,21 (m2). + Đường kính của Scrubber được tính theo công thức: (m) + Chiều cao thực của Scrubber: Ht = Hlv + h1 + h2. - Từ kinh nghiệm thực tế, có thể chọn các thông số sau: + Chiều cao lớp vật liệu đệm, hđ = 0,7 (m) + Chiều cao từ mép trên của lớp vật liệu đệm đến tấm chắn nước chọn bằng 1 m. + chiều cao phun mưa hm = 0,8 (m). + chiều cao lớp chắn nước hcn = 0,2 (m). + khoảng cách từ miệng vào đến tấm chắn nước bằng 0,4 (m). + chiều cao hình phểu hp =1,5 (m). + khoảng cách từ mép trên hình phểu đến miệng ống vào chọn bằng 0,3(m). + khoảng cách từ mép trên tấm chắn nước đến nắp trên scruber bằng 0,8 (m). + Tấm phân phối khí có chiều dày 20 mm trên đó có khoan lổ với đường kính lổ d = 10 mm. Khoảng cách giữa tâm các lỗ là 20 mm. +Khâu Rasching là các khâu bằng sứ với kích thước 25253 mm, đổ thành lớp dày 700mm trên tấm đục lỗ với diện tích lỗ chiếm 46,7% diện tích bề mặt. Một m3 loại khâu sứ có kích thước như trên chứa khoảng 50.000 khâu với tổng diện tích xung quanh là 220 m2 và trọng lượng khoảng 570 kg. Lớp chắn nước cũng dùng khâu sứ với bề dày 200 mm. Cấu tạo của scruber thể hiện trên hình vẽ sau: 8.2.2.2. Tính toán lượng dung dịch hấp thụ Quá trình khử SO2 trong Scruber diễn ra các phản ứng sau: CaO + H2O = Ca(OH)2 (1) Ca(OH)2 + SO2 = CaSO3 + H2O (2) CaSO3 + ½ O2 + 2H2O = CaSO4.2H2O (3) - Lượng vôi cần dung được xác định theo công thức: (kg/tấn dầu) Trong đó: Sp: Thành phần lưu huỳnh trong dầu được tính theo phần trăm khối lượng, Sp = 2,9%. β: hệ số khử SO2 trong khói thải, β = 0,77. μS, μCaO: phân tử gam của S và CaO, μS = 32g; μCaO = 40g. K: tỷ lệ CaO nguyên chất, chọn K = 0,85. Nên: (kg/tấn dầu) - Lượng CaO dùng trong 1 giờ sẽ là: GhCaO = GCaO . B (kg/h) Với B là lượng dầu tiêu thụ trong 1 giờ, B = 1,395 kg/h. GhCaO = 45,974 × 1,395 = 64,133 (kg/h) - Lượng cặn khô thu được trong quá trình xử lý: Trong đó: Gcặn: lượng cặn khô thu được (kg/tấn dầu). Các M là các phân tử gam của các chất có ký hiệu chân tương ứng. = 102,015 (kg/tấn dầu FO) - Lượng nước tuần hoàn từ Scruber về lại bể chứa: + Lượng nước tiêu thụ trong phản ứng (1) được xác định theo công thức: (kg/h) Trong đó: MH2O, MCa(OH)2 lần lượt là phân tử gam của nước và vôi sữa: MH2O = 18g; MCa(OH)2 = 74g. mCa(OH)2: lượng vôi sử dụng trong 1 giờ, kg/h. Dựa vào phương trình (1) ta có được lượng vôi sữa sử dụng trong 1 giờ là 84,747 kg/h. (kg/h) + Lượng nước sinh ra ở phản ứng (2) được xác định theo công thức: (kg/h) Theo phản ứng (2) ta có kg/h nên: (kg/h) + Lượng nước tiêu thụ ở phản ứng (3) được xác định theo công thức: (kg/h) Với: MH2O, MCaSO3 lần lượt là phân tử gam của H2O và CaSO3. mCaSO3 là lượng CaSO3 sinh ra trong 1 giờ, dựa vào phản ứng (2) ta có mCaSO3 = 137,428 kg/h. (kg/h) * Như vậy, lượng nước tuần hoàn từ Scruber về lại bể chứa sẽ là: (kg/h) (kg/h) 8.2.2.3. Tính toán tổn thất cột áp của khí thải khi đi qua scruber - Tổn thất cột áp qua scruber chủ yếu là qua lớp vật liệu lọc ΔP1 (kg/m2), và lớp vật liệu rổng để chắn nước ΔP2 (kg/m2). + Tổn thất qua lớp vật liệu lọc được tính theo công thức: (kg/m2) Trong đó: hm: chiều cao từ giàn phun đến mép trên lớp vật liệu lọc, m. hm = 0,8(m). d : chiều dày lớp vật liệu lọc, m. d = 0,7(m). v : vận tốc không khí trên tiết diện ngang của scruber, m/s. v = 2(m/s). - Thay các số liệu vào công thức trên, ta có: = + Tổn thất qua lớp vật liệu rổng để chắn nước được tính theo công thức: (kg/m2) Trong đó: : Bề dày lớp vật liệu rổng chắn nước, m. =0,2 m. (kg/m2) - Tổn thất cột áp của không khí khi đi qua scrubber: DPs = ΔP1 + ΔP2 = 110,4 + 24 = 134,4 ( kg/m2) = 1318,5 (pa) 8.2.2.4. Tính toán tổn thất cột áp của khí thải trên dường ống dẫn đến quạt hút * Đoạn 1 – 2: có lưu lượng L = 18756 m3/h, l = 5 m. - Chọn vận tốc không khí là v = 16,7 m/s. Theo phụ lục 9 – Thông gió và xử lý khí thải. Ta tìm được đường kính ống dẫn D (mm), tổn thất áp suất đơn vị R (pa/m), áp suất động Pđ (pa). Như sau: L = 18756 m3/h; D = 630 mm; R = 3,77 pa/m; v =16,6 m/s; Pđ = 170,6 pa; R.l = 18,85 pa. - Tìm tổng trở cục bộ trên đoạn 1- 2, : + Trở lực miệng hút: = 0,2. + Cút 900 có R = 2D: = 0,2. + Cút 450 có R = 2D: = 0,09. + Chạc ba ống quần: = 0,4. Tổng hệ số tổn thất: = 0,89. - Tổn thất áp suất: DP = R×l + ΔPđ × = 3,77× 5 + 170,6 × 0,89 = 170,7 (pa) * Đoạn 2 – 3: có lưu lượng L = 37515,6 m3/h, l = 5,3 m. - Chọn vận tốc không khí là v = 18,4 m/s. Theo phụ lục 9 – Thông gió và xử lý khí thải. Ta tìm được đường kính ống dẫn D mm, tổn thất áp suất đơn vị R (pa/m), áp suất động Pđ (pa). Như sau: L = 37515,6 m3/h; D = 850 mm; R = 3,13 pa/m; v =18,4 m/s; Pđ = 207,1 pa; R.l = 16,6 pa. - Tìm tổng trở cục bộ trên đoạn 2- 3, : + Van điều chỉnh: = 0,15. Tổng hệ số tổn thất: = 0,15. - Tổn thất áp suất: DP = R×l + ΔPđ × = 3,13 × 5,3 + 207,1 × 0,15 = 47,67 (pa) * Đoạn 4 – 5: có lưu lượng L = 37515,6 m3/h, l = 10 m. - Chọn vận tốc không khí là v = 18,4m/s. Theo phụ lục 9 – Thông gió và xử lý khí thải. Ta tìm được đường kính ống dẫn D mm, tổn thất áp suất đơn vị R (pa/m), áp suất động Pđ (pa). Như sau: L = 37515,6 m3/h; D = 850 mm; R = 3,13 pa/m; v =18,4 m/s; Pđ = 207,1 pa; R.l = 31,3 pa. - Tìm tổng trở cục bộ trên đoạn 4 - 5, : + 3 cút 90o có R = 2D: = 0,2. + Van điều chỉnh: = 0,15. + Côn mở rộng trước quạt, α = 10o: = 0,05. Tổng hệ số tổn thất: = 0,8. - Tổn thất áp suất: DP = R×l + ΔPđ × = 3,13 × 10 + 207,1 × 0,8 = 165,7 (pa) * Đoạn 6 – 2: có lưu lượng L = 18756 m3/h, l = 2,7 m. - Chọn vận tốc không khí là v = 16,7 m/s. Theo phụ lục 9 – Thông gió và xử lý khí thải. Ta tìm được đường kính ống dẫn D (mm), tổn thất áp suất đơn vị R (pa/m), áp suất động Pđ (pa). Như sau: L = 18756 m3/h; D = 630 mm; R = 3,77 pa/m; v =16,6 m/s; Pđ = 170,6 pa; R.l = 10,18 pa. - Tìm tổng trở cục bộ trên đoạn 1- 2, : + Trở lực miệng hút: = 0,2. + Chạc ba ống quần: = 0,1. Tổng hệ số tổn thất: = 0,3. - Tổn thất áp suất: DP = R×l + ΔPđ × = 3,77 × 2,7 + 170,6 × 0,3 = 61,36 (pa) * Đoạn 7 – 8: có lưu lượng L = 37515,6 m3/h, l = 10,3 m. - Chọn vận tốc không khí là v = 18,4 m/s. Theo phụ lục 9 – Thông gió và xử lý khí thải. Ta tìm được đường kính ống dẫn D mm, tổn thất áp suất đơn vị R (pa/m), áp suất động Pđ (pa). Như sau: L = 37515,6 m3/h; D = 850 mm; R = 3,13 pa/m; v =18,4 m/s; Pđ = 207,1 pa; R.l = 32 pa. - Tìm tổng trở cục bộ trên đoạn 7 - 8, : + Cút 90o có R = 2D: = 0,2. + Van điều chỉnh: = 0,05. + Con vịt chuyển: = 0,4. Tổng hệ số tổn thất: = 0,7. - Tổn thất áp suất: DP = R×l + ΔPđ × = 3,13 × 10,3 + 207,1 × 0,7 = 177 (pa) * Đoạn 8 – 5: có lưu lượng L = 37515,6 m3/h, l = 4 m. - Chọn vận tốc không khí là v = 18,4 m/s. Theo phụ lục 9 – Thông gió và xử lý khí thải. Ta tìm được đường kính ống dẫn D mm, tổn thất áp suất đơn vị R (pa/m), áp suất động Pđ (pa). Như sau: L = 37515,6 m3/h; D = 850 mm; R = 3,13 pa/m; v =18,4 m/s; Pđ = 207,1 pa; R.l = 13 pa. - Tìm tổng trở cục bộ trên đoạn 8 - 5, : + Cút 90o có R = 2D: = 0,2. + Ngoặt sắc cạnh tiết diện vuông: = 1,2. + Côn mở rộng trước quạt, α = 10o: = 0,05. Tổng hệ số tổn thất: = 1,45. - Tổn thất áp suất: DP = R×l + ΔPđ × = 3,13 × 4 + 207,1 × 1,45 = 313,3 (pa) Bảng 8.2. Tính toán tổn thất của hệ thống xử lý Đoạn Lưu lượng hút D (mm) l (m) v (m/s) R (pa/m) Sx ΔPđ (pa) PΣ (pa) L (m3/h) L (m3/s) 1 - 2 18756 5,21 630 5 16,7 6,57 170,6 107,7 2 - 3 73515,6 10,42 850 5,3 18,4 3,13 207,1 47,67 4 -5 73515,6 10,42 850 10 18,4 3,13 207,1 165,7 6 - 2 18756 5,21 630 2,7 16,7 6,57 170,6 61,36 7 - 8 73515,6 10,42 850 10,3 18,4 3,13 207,1 177 8 - 5 73515,6 10,42 850 4 18,4 3,13 207,1 313,3 8.2.2.5. Tính toán quạt hút và động cơ kéo quạt Đặt quạt trước ống khói, sau thiết bị xử lý Scrubber. Chiều dài đường ống chính từ lò hơi đến Scrubber là 10,3 m, từ Scrubber đến quạt là 10 m, từ quạt tới ống khói 4 m. a. Áp lực của quạt: - Tổng tổn thất áp lực toàn hệ thống dẫn chính, bao gồm: + Tổn thất trên đường ống dẫn từ lò hơi tới Scruber, ΔPΣỐng (pa). + Tổn thất khi đi qua thiết bị xử lý, ΔPScrbber (pa). + Tổn thất trên đường ống dẫn từ thiết bị xữ lý tới quạt hút: ΔPỐng-Quạt (pa). PΣ = ΔPΣỐng + ΔPScrbber + ΔPỐng-Quạt = 170,7 + 47,67+ 1318,5 + 165,7 = 1702,6 (pa) = 173,6 (kg/m2) b. Công suất của máy quạt - Với lưu lượng hút L = 37515,6 m3/h, khi chọn quạt cần nhân thêm với hệ số an toàn α = 1,1. Vậy lưu lượng thực tế của quạt: Ltt = L × α = 37515,6 × 1,1 = 41267,2 ( m3/h) * Từ lưu lượng Ltt = 41267,2 m3/h, tổn thất áp suất PΣ = 1702,6 pa.Chọn quạt hút li tâm BP – MP No1000, công suất của động cơ kéo quạt N = 27 kw.(Xem phụ lục…). * Trong trường hợp phải dùng đến ống thoát sự cố (ống thoát 2 – 7), với tổn thất trên đường ống là P’Σ = 500 pa, thì động cơ kéo quạt được chuyển sang chạy ở công suất N’ = 18,5 kw. 8.2.3. Tính toán Scrubber cho ba lò hơi số tại xưởng năng lượng số 2 8.2.3.1. Tính toán thiết bị Scruber - Cơ sở cho quá trình tính toán thiết bị scruber là: + Lưu lượng khí thải cần xử lý L3 = 3,45 (m3/s) = 12420 (m3/h). + Thời gian lưu của khí thải trong thiết bị, τ = 1 ¸ 3 s, chọn τ3 = 2 s. + Vận tốc dòng khí thải chuyển động trong scrubber, va=1 ¸ 4m/s ta chọn V3a = 2 (m/s). - Từ các cơ sở trên ta tính thiết bị xử lý khí SO2 như sau: + Thể tích của tháp: V3 = L3 τ3 = 3,45 2 = 6,9 (m3). + Chiều cao của thiết bị: H3 = V3α τ3 = 2 2 = 3 (m). + Tiết diện ngang của thiết bị: F3 = = = 2,3 (m2). + Đường kính của mỗi Scrubber được tính theo công thức: (m) + Chọn D3 = 1,6 m. Cấu tạo tương tự với Scruber xử lý khí thải cho 2 lò hơi loại 4 tấn hơi/giờ của xưởng năng lượng số 1. Cấu tạo của scruber thể hiện trên hình vẽ sau: 8.2.3.2. Tính toán lượng dung dịch hấp thụ Quá trình khử SO2 trong Scruber diễn ra các phản ứng sau: CaO + H2O = Ca(OH)2 (1) Ca(OH)2 + SO2 = CaSO3 + H2O (2) CaSO3 + ½ O2 + 2H2O = CaSO4.2H2O (3) - Lượng vôi cần dung được xác định theo công thức: (kg/tấn dầu) Trong đó: Sp: Thành phần lưu huỳnh trong dầu được tính theo phần trăm khối lượng, Sp = 2,9%. β: hệ số khử SO2 trong khói thải, β = 0,77. μS, μCaO: phân tử gam của S và CaO, μS = 32g; μCaO = 40g. K: tỷ lệ CaO nguyên chất, chọn K = 0,85. Nên: (kg/tấn dầu) - Lượng CaO dùng trong 1 giờ sẽ là: GhCaO = GCaO . B (kg/h) Với B là lượng dầu tiêu thụ trong 1 giờ, B = 462 kg/h. GhCaO = 45,974 × 0,462 = 21,24 (kg/h) - Lượng cặn khô thu được trong quá trình xử lý: Trong đó: Gcặn: lượng cặn khô thu được (kg/tấn dầu). Các M là các phân tử gam của các chất có ký hiệu chân tương ứng. = 102,015 (kg/tấn dầu FO) - Lượng nước tuần hoàn từ Scruber về lại bể chứa: + Lượng nước tiêu thụ trong phản ứng (1) được xác định theo công thức: (kg/h) Trong đó: MH2O, MCa(OH)2 lần lượt là phân tử gam của nước và vôi sữa: MH2O = 18g; MCa(OH)2 = 74g. mCa(OH)2: lượng vôi sử dụng trong 1 giờ, dựa vào phương trình (1) ta có được lượng vôi sữa sử dụng trong 1 giờ là 28,067 kg. (kg/h) + Lượng nước sinh ra ở phản ứng (2) được xác định theo công thức: (kg/h) Theo phản ứng (2) ta có kg/h nên: (kg/h) + Lượng nước tiêu thụ ở phản ứng (3) được xác định theo công thức: (kg/h) Với: MH2O, MCaSO3 lần lượt là phân tử gam của H2O và CaSO3. mCaSO3 là lượng CaSO3 sinh ra trong 1 giờ, dựa vào phản ứng (2) ta có mCaSO3 = 45,514 kg/h. (kg/h) * Như vậy, lượng nước tuần hoàn từ Scruber về lại bể chứa sẽ là: (kg/h) (kg/h) 8.2.3.3. Tính toán tổn thất cột áp của không khí khi đi qua scruber - Tổn thất cột áp qua scruber chủ yếu là qua lớp vật liệu lọc ΔP1 (kg/m2), và lớp vật liệu rổng để chắn nước ΔP2 (kg/m2). + Tổn thất qua lớp vật liệu lọc được tính theo công thức: (kg/m2) Trong đó: hm: chiều cao từ giàn phun đến mép trên lớp vật liệu lọc, m. hm = 0,8(m). d : chiều dày lớp vật liệu lọc, m. d = 0,7(m). v : vận tốc không khí trên tiết diện ngang của scruber, m/s. v = 2(m/s). - Thay các số liệu vào công thức trên, ta có: = + Tổn thất qua lớp vật liệu rổng để chắn nước được tính theo công thức: (kg/m2) Trong đó: : Bề dày lớp vật liệu rổng chắn nước, m. =0,2 m. (kg/m2) - Tổn thất cột áp của không khí khi đi qua scrubber: DPs = ΔPk + ΔP1 + ΔPn + ΔP2 = 110,422 + 24,3 = 134,7 ( kg/m2) = 1318,5 (pa) 8.2.3.4. Tính toán tổn thất cột áp của khí thải trên dường ống dẫn đến quạt hút * Đoạn 1 – 2: có lưu lượng L = 18756 m3/h, l = 5 m. - Chọn vận tốc không khí là v = 16,7 m/s. Theo phụ lục 9 – Thông gió và xử lý khí thải. Ta tìm được đường kính ống dẫn D (mm), tổn thất áp suất đơn vị R (pa/m), áp suất động Pđ (pa). Như sau: L = 18756 m3/h; D = 630 mm; R = 3,77 pa/m; v =16,6 m/s; Pđ = 170,6 pa; R.l = 18,85 pa. - Tìm tổng trở cục bộ trên đoạn 1- 2, : + Trở lực miệng hút: = 0,2. + Cút 900 có R = 2D: = 0,2. + Cút 450 có R = 2D: = 0,09. + Chạc ba ống quần: = 0,4. Tổng hệ số tổn thất: = 0,89. - Tổn thất áp suất: DP = R×l + ΔPđ × = 3,77× 5 + 170,6 × 0,89 = 170,7 (pa) * Đoạn 2 – 3: có lưu lượng L = 37515,6 m3/h, l = 5,3 m. - Chọn vận tốc không khí là v = 18,4 m/s. Theo phụ lục 9 – Thông gió và xử lý khí thải. Ta tìm được đường kính ống dẫn D mm, tổn thất áp suất đơn vị R (pa/m), áp suất động Pđ (pa). Như sau: L = 37515,6 m3/h; D = 850 mm; R = 3,13 pa/m; v =18,4 m/s; Pđ = 207,1 pa; R.l = 16,6 pa. - Tìm tổng trở cục bộ trên đoạn 2- 3, : + Van điều chỉnh: = 0,15. Tổng hệ số tổn thất: = 0,15. - Tổn thất áp suất: DP = R×l + ΔPđ × = 3,13 × 5,3 + 207,1 × 0,15 = 47,67 (pa) * Đoạn 4 – 5: có lưu lượng L = 37515,6 m3/h, l = 10 m. - Chọn vận tốc không khí là v = 18,4m/s. Theo phụ lục 9 – Thông gió và xử lý khí thải. Ta tìm được đường kính ống dẫn D mm, tổn thất áp suất đơn vị R (pa/m), áp suất động Pđ (pa). Như sau: L = 37515,6 m3/h; D = 850 mm; R = 3,13 pa/m; v =18,4 m/s; Pđ = 207,1 pa; R.l = 31,3 pa. - Tìm tổng trở cục bộ trên đoạn 4 - 5, : + 3 cút 90o có R = 2D: = 0,2. + Van điều chỉnh: = 0,15. + Côn mở rộng trước quạt, α = 10o: = 0,05. Tổng hệ số tổn thất: = 0,8. - Tổn thất áp suất: DP = R×l + ΔPđ × = 3,13 × 10 + 207,1 × 0,8 = 165,7 (pa) * Đoạn 6 – 2: có lưu lượng L = 18756 m3/h, l = 2,7 m. - Chọn vận tốc không khí là v = 16,7 m/s. Theo phụ lục 9 – Thông gió và xử lý khí thải. Ta tìm được đường kính ống dẫn D (mm), tổn thất áp suất đơn vị R (pa/m), áp suất động Pđ (pa). Như sau: L = 18756 m3/h; D = 630 mm; R = 3,77 pa/m; v =16,6 m/s; Pđ = 170,6 pa; R.l = 10,18 pa. - Tìm tổng trở cục bộ trên đoạn 1- 2, : + Trở lực miệng hút: = 0,2. + Chạc ba ống quần: = 0,1. Tổng hệ số tổn thất: = 0,3. - Tổn thất áp suất: DP = R×l + ΔPđ × = 3,77 × 2,7 + 170,6 × 0,3 = 61,36 (pa) * Đoạn 2 – 7: có lưu lượng L = 37515,6 m3/h, l = 10,3 m. - Chọn vận tốc không khí là v = 18,4m/s. Theo phụ lục 9 – Thông gió và xử lý khí thải. Ta tìm được đường kính ống dẫn D mm, tổn thất áp suất đơn vị R (pa/m), áp suất động Pđ (pa). Như sau: L = 37515,6 m3/h; D = 850 mm; R = 3,13 pa/m; v =18,4 m/s; Pđ = 207,1 pa; R.l = 32 pa. - Tìm tổng trở cục bộ trên đoạn 2 - 7, : + Cút 90o có R = 2D: = 0,2. + Van điều chỉnh: = 0,05. + Con vịt chuyển: = 0,4. Tổng hệ số tổn thất: = 0,7. - Tổn thất áp suất: DP = R×l + ΔPđ × = 3,13 × 10,3 + 207,1 × 0,7 = 177 (pa) * Đoạn 7 – 5: có lưu lượng L = 37515,6 m3/h, l = 4 m. - Chọn vận tốc không khí là v = 18,4m/s. Theo phụ lục 9 – Thông gió và xử lý khí thải. Ta tìm được đường kính ống dẫn D mm, tổn thất áp suất đơn vị R (pa/m), áp suất động Pđ (pa). Như sau: L = 37515,6 m3/h; D = 850 mm; R = 3,13 pa/m; v =18,4 m/s; Pđ = 207,1 pa; R.l = 13 pa. - Tìm tổng trở cục bộ trên đoạn 7 - 5, : + Cút 90o có R = 2D: = 0,2. + Ngoặt sắc cạnh tiết diện vuông: = 1,2. + Côn mở rộng trước quạt, α = 10o: = 0,05. Tổng hệ số tổn thất: = 1,45. - Tổn thất áp suất: DP = R×l + ΔPđ × = 3,13 × 4 + 207,1 × 1,45 = 313,3 (pa) Bảng 8.3. Tính toán tổn thất của hệ thống xử lý Đoạn Lưu lượng hút D (mm) l (m) v (m/s) R (pa/m) Sx ΔPđ (pa) PΣ (pa) L (m3/h) L (m3/s) 1 - 2 18756 5,21 630 5 16,7 6,57 170,6 107,7 2 - 3 73515,6 10,42 850 5,3 18,4 3,13 207,1 47,67 4 -5 73515,6 10,42 850 10 18,4 3,13 207,1 165,7 6 - 2 18756 5,21 630 2,7 16,7 6,57 170,6 61,36 7 - 8 73515,6 10,42 850 10,3 18,4 3,13 207,1 177 8 - 5 73515,6 10,42 850 4 18,4 3,13 207,1 313,3 8.2.3.5. Tính toán quạt hút và động cơ kéo quạt Đặt quạt trước ống khói, sau thiết bị xử lý Scrubber. Chiều dài đường ống chính từ lò hơi đến Scrubber là 10,3 m, từ Scrubber đến quạt là 10 m, từ quạt tới ống khói 4 m. a. Áp lực của quạt: - Tổng tổn thất áp lực toàn hệ thống dẫn chính, bao gồm: + Tổn thất trên đường ống dẫn từ lò hơi tới Scruber, ΔPΣỐng (pa). + Tổn thất khi đi qua thiết bị xử lý, ΔPScrbber (pa). + Tổn thất trên đường ống dẫn từ thiết bị xữ lý tới quạt hút: ΔPỐng-Quạt (pa). PΣ = ΔPΣỐng + ΔPScrbber + ΔPỐng-Quạt = 170,7 + 47,67+ 1318,5 + 165,7 = 1702,6 (pa) = 173,6 (kg/m2) b. Công suất của máy quạt - Với lưu lượng hút L = 37515,6 m3/h, khi chọn quạt cần nhân thêm với hệ số an toàn α = 1,1. Vậy lưu lượng thực tế của quạt: Ltt = L × α = 37515,6 × 1,1 = 41267,2 ( m3/h) * Từ lưu lượng Ltt = 41267,2 m3/h, tổn thất áp suất PΣ = 1702,6 pa.Chọn quạt hút li tâm BP – MP No1000, công suất của động cơ kéo quạt N = 27 kw.(Xem phụ lục…). * Trong trường hợp phải dùng đến ống thoát sự cố (ống thoát 2 – 7), thì động cơ kéo quạt được chuyển sang chạy ở công suất N’ = 18,5 kw. Chương9 THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ BỤI TẠI XƯỞNG LUYỆN THUỘC CÔNG TY CỔ PHẦN CAO SU ĐÀ NẴNG 9.1. CÁC TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA BỤI 9.1.1. Độ phân tán của bụi Việc lựa chọn thiết bị tách bụi tùy thuộc vào thành phần phân tách của các hạt bụi tách được. Trong các thiết bị tách bụi, đặc trưng cho kích thước hạt bụi là đại lượng vận tốc lắng, cũng như đại lượng đường kính lắng. Do các hạt bụi công nghiệp có hình dáng rất khác nhau (dạng cầu, que, sợi…), nên nếu cùng một khối lượng thì sẽ lắng với các vận tốc khác nhau, hạt càng gần với dạng hình cầu thì nó lắng càng nhanh. - Theo độ phân tán của bụi người ta phân chia bụi thành các nhóm cơ bản sau: Bảng 9.1. Độ phân tán của bụi Nhóm Phân loại I Bụi có độ phân tán rất thô II Bụi có độ phân tán thô (Cát xây, Cát tô…) III Bụi có độ phân tán trung bình (Xi măng…) IV Bụi có độ phân tán nhỏ (bụi sữa Thạch anh SiO2…) V Bụi có độ phân tán rất nhỏ - Ta có thể xác định độ phân tán của hạt bụi bằng nhiều phương pháp khác nhau: + Phương pháp lấy mẫu hạt lắng trong dịch thể: độ chính xác của phương pháp này khoảng ± 2%, áp dụng cho hạt 1¸40 mm. + Phương pháp lắng bụi trong dung dịch huyền phù: áp dụng cho cho hạt 1¸40 mm và phải chọn thể dịch phù hợp. + Phương pháp khí động: áp dụng cho hạt 10 ¸50 mm. + Theo quan hệ số lượng hạt: áp dụng cho hạt 1¸50 mm. + Phương pháp ly tâm bởi dòng khí: đạt độ chính xác 2 % với hạt có kích thước > 8 mm. 9.1.2. Tính kết dính của bụi - Các hạt bụi có xu hướng kết dính vào nhau, với độ kết dính cao thì có thể dẫn đến tình trạng bết nghẹt một phần hay toàn bộ thiết bị tách bụi. - Hạt bụi càng mịn thì chúng càng dễ bám vào bề mặt thiết bị. Với những bụi có 60% ¸70% số hạt < 10 mm thì rất dễ dẫn đến dính bết, còn bụi có nhiều hạt trên 10 mm thì dễ trở thành tơi xốp . Tùy theo độ kết dính mà chia bụi làm 4 nhóm như sau: Bảng 9.2. Tính kết dính của bụi Đặc tính của bụi Dạng bụi Không kết Xỉ khô, thạch anh, đất khô Kết dính yếu Hạt cốc, manhêzit, apatit khô, bụi lò cao, tro bụi có chứa nhiều chất chưa cháy, bụi đá… Kết dính Than bùn, manhezit ẩm, bụi kim loại, bụi pirit, oxyt chì, thiếc, xi măng khô, tro bay không chứa chất chưa cháy, tro than bùn,… Kết dính mạnh Bụi xi măng, bụi tách ra từ không khí ẩm, bụi thạch cao và amiang, cliker, muối natri,… 9.1.3. Độ mài mòn của bụi Độ mài mòn của bụi được đặc trưng bằng cường độ mài mòn kim loại khi cùng vận tốc dòng khí và cùng nồng độ bụi. Nó phụ thuộc vào độ cứng, hình dáng, kích thước, khối lượng của hạt bụi. Khi tính toán thiết kế thiết bị thì phải tính đến độ mài mòn của bụi. 9.1.4. Độ thấm ướt của bụi Độ thấm ướt bằng nước của các hạt bụi có ảnh hưởng đến hiệu quả làm việc của các thiết bị tách bụi kiểu ướt, đặc biệt làm việc ở chế độ tuần hoàn. Các hạt phẳng dễ thấm ướt hơn các hạt có bề mặt gồ ghề bởi vì bề mặt gồ ghề có thể bị bao phủ bởi một lớp vỏ khí hấp phụ làm trở ngại sự thấm ướt. Theo tính chất thấm ướt, các vật thể rắn được chia làm 3 nhóm như sau: - Vật liệu háo nước: dễ thấm ướt như canxi, thạch anh, đa số các silicat, các khoáng oxyt hoá, halogenua các kim loại kiềm,… - Vật liệu kỵ nước: khó thấm ướt như graphit, than, lưu huỳnh,… - Vật liệu hoàn toàn không thấm ướt: parfin, tephlon, bitum,… 9.1.5. Độ hút ẩm của bụi Khả năng hút ẩm của bụi phụ thuộc vào thành phần hóa học, kích thước, hình dạng, độ nhám bề mặt của các hạt bụi. Độ hút ẩm của bụi tạo điều kiện tách chúng trong các thiết bị tách bụi kiểu ướt. 9.1.6. Độ dẫn điện của lớp bụi Chỉ số này được đánh giá theo chỉ số điện trở suất ρ của lớp bụi và phụ thuộc vào tính chất của từng hạt bụi riêng lẽ (độ dẫn điện bề mặt, độ dẫn điện trong, kích thước, hình dạng …), cấu trúc lớp hạt và các thông số của dòng khí. Chỉ số này ảnh hưởng rất lớn đến khả năng làm việc của bộ lọc điện. Bảng 9.3. Tính dẫn điện của lớp bụi Nhóm Điện trở suất, Ωm I ρ <104, có độ dẫn điện lớn – không bị lắng khi qua thiết bị lọc điện II ρ =104 ¸2 х 1010, thu hồi cò hiệu quả trong thiết bị - điện tích hạt phân bố đều trên điện cực lắng III ρ > 2 х 1010, có độ dẫn điện thấp - lắng kém 9.1.7. Sự tích điện của lớp bụi Dấu của các hạt bụi tích điện phụ thuộc vào phương pháp tạo thành, thành phần hóa học, cả những tính chất của vật chất mà chúng tiếp xúc. Chỉ tiêu này có ảnh hưởng đến hiệu quả tách chúng trong các thiết bị lọc khí (bộ tách bụi ướt, lọc…), đến tính nỗ và tính kết dính của các hạt… 9.1.8. Khả năng tự bốc cháy và tạo hỗn hợp dễ nổ với không khí Các bụi chảy được dễ tạo với oxy của không khí thành hỗn hợp tự bốc cháy và hỗn hợp dễ nỗ do bề mặt tiếp xúc rất lớn của các hạt (~ 1 m2/g). Cường độ nổ phụ thuộc vào tính chất hóa học, tính chất nhiệt, kích thước, hình dáng các hạt và nồng độ của chúng trong không khí, độ ẩm và thành phần các khí, kích thước và nhiệt độ nguồn lửa và hàm lượng tương đối của các loại bụi trơ (không cháy). Các loại bụi có khả năng bắt lửa như bụi các chất hưu cơ và cả một số bụi vô cơ. 9.1.9. Hiệu quả thu hồi bụi Mức độ làm sạch (hệ số hiệu quả) được biểu thị bằng tỉ số lượng bụi thu hồi trong tổng số vật chất theo dòng khí đi vào thiết bị trong một đơn vị thời gian. - Hiệu quả làm sạch η được tính theo công thức: Trong đó: Gv, GR: Khối lượng bụi chứa trong dòng khí tương ứng ở trước và sau thiết bị thu gom bụi hay bộ lọc, mg/m3. 9.2. TÌNH TRẠNG BỤI NGUYÊN LIỆU CỦA XƯỞNG CÁN LUYỆN - Hiện tại Xưởng cán luyện Công ty cổ phần Cao su Đà Nẵng đang sử dụng các dây chuyền Luyện kín ngoại nhập nhằm tăng chất lượng khâu cán luyện, bảo đảm các mẻ nguyên liệu đưa ra đồng đều về chất lượng, bảo đảm các chỉ tiêu kỹ thuật. - Trong quá trình luyện Cao su, người công nhân đổ các chất phụ gia dưới dạng bột rất mịn vào máy cán. Khâu đổ bụi vào lúc máy đang chạy làm bụi bốc lên rất nhiều và bay vào không gian nhà xưởng làm ô nhiểm môi trường làm việc (chủ yếu là bụi than). Tại Xưởng Cán luyện, công suất thiết bị rất lớn, cứ vài phút là hoàn tất một mẻ luyện có trọng lượng khoảng 100 kg. Cứ mỗi mẻ luyện, công nhân đổ vào khoảng 65 kg chất độn và phụ gia dưới dạng bột, như vậy trong Công ty, Xưởng cán luyện là nơi có nhiều bụi nhất. - Để đảm bảo đáp ứng các chỉ tiêu về vệ sinh môi trường trong nhà máy công nghiệp và bảo đảm sức khoẻ cho người vận hành, Công ty cần tiến hành các biện pháp xử lý bụi một cách triệt để. 9.3. LỰA CHỌN QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ HÚT LỌC BỤI TẠI XƯỞNG CÁN LUYỆN 9.3.1. Đặc điểm của bụi - Bụi nguyên liệu bốc lên trong quá trình sản xuất chiếm khoảng (0,15% ÷ 0,2%) lưọng chất độn và phụ gia sử dụng, có thành phần chính là: bột tale, bột kaolin, bột than. Hàm lượng bụi hô hấp ( d < 5μm) chiếm khoảng 30% hàm lượng bụi thành phần. Đây là bụi có kích thước nhỏ dể xâm nhập vào tần phế nang của phổi rất nguy hiểm. Đặc biệt là bụi tale và bụi kaolin đều có hàm lượng SiO2 rất cao, rất độc hại. - Hiện tại nồng độ bụi tại khu vực cán luyện trung bình từ 4 ÷ 5,5 mg/m3 không khí. Bụi ở đây ở dạng bột mịn, ít kết dính trong điều kiện ẩm. - Lượng bụi sau khi qua hệ thống xử lý có thể được thu hồi và tái sử dụng lại. 9.3.2. Lựa chọn quy trình công nghệ xử lý bụi 9.3.2.1. Phân loại các phương pháp lọc bụi a - Lọc bụi theo phương pháp trong lực: Các hạt bụi đều có khối lượng, dưới tác dụng của trọng lực các hạt có xu hướng chuyển động từ trên xuống (đáy của thiết bị lọc bụi). Tuy nhiên, đối với các hạt bụi nhỏ, ngoài tác dụng của trọng lực còn có lực chuyển động của dòng khí và lực ma sát của môi trường. Như đã biết, trở lực phụ thuộc vào nhiều nhân tố trong đó có kích thước hạt bụi, do vậy sẻ ảnh hưởng đến độ lắng của hạt. Vì vậy lọc bụi theo phương pháp trọng lức chỉ áp dụng với hạt bụi có kích thước lớn, bụi thô với thành phần cỡ hạt trên 50 μm là chiếm tỷ lệ cao. b- Lọc bụi theo phương pháp ly tâm – xiclon - tấm chớp - lọc bụi theo quán tính: Khi dòng chuyển động đổi hướng hoặc chuyển động theo đường cong, ngoài trọng lực tác dụng lên hạt còn có lực quán tính, lực này lớn hơn nhiều lần so với trọng lực. Dưới ảnh hưởng của lực quán tính, hạt có xu hướng chuyển động thẳng, nghĩa là các hạt có khả năng tách ra khỏi dòng khí. Hiện tượng này được sử dụng trong các thiết bị lọc: xiclon, tấm chớp … các thiết bị này chỉ có khả năng tách các hạt bụi có kích thước d > 10μm nên khi dùng để lắng hạt bụi có kích thước nhỏ sẽ không có hiệu quả. 1b. Xiclon Là thiết bị lọc ly tâm kiểu đứng, thiết bị lọc bụi này hình thành lực ly tâm đẻ tách bịi ra khỏi không khí .Nó được ứng dụng rộng rải trong công nghiệp. Thân xiclon thường hình trụ có đáy là chóp cụt. Ống khí vào được bố trí theo phương tiếp tuyến với thân xiclon, khí nghiệm bụi đi vào phần trên của xiclon. - Ưu điểm: + Không có phần chuyển động. + Có thể làm việc ở chế độ cao. + Có khả năng thu hồi vật liệu mài mòn mà không cần bảo vệ bề mặt xiclon. + Thu hồi bụi ở dạng khô. + Làm việc tốt ở áp suất cao. + Chế tạo đơn giản dễ dàng thay thế sửa chửa từng bộ phận. + Năng suất cao. + Giá thành chế tạo rẻ. + Hiệu quả không phụ thuộc vào sự thay đổi nồng độ bụi. - Nhược điểm: + Hiệu quả vận hành kém khi bụi có kích thước nhỏ hơn 5μm. + Không thể thu hồi bụi kết dính. + Tổn thất áp suất của thiết bị tương đối cao. c- Lọc bụi theo phương pháp ẩm: Khi các hạt bụi tiếp xúc với bề mặt dịch thể các hạt bụi sẽ bám trên bề mặt đó, dựa trên nguyên tắc đó có thể tách các hạt bụi ra khỏi dòng khí. Thực nghiệm cho thấy, theo phương pháp này chỉ thu hồi các hạt bụi có kích thước d > 4 ÷ 5,5μm. Các hạt bụi nhỏ, đặc biệt là bụi tạo thành do quá trình thăng hoa thì lọc bụi theo phương pháp này sẽ kém hiệu quả, do tính chất tự nhiên của hạt bụi dễ bị bôi trơn bằng dịch thể. - Ưu điểm: + Hiệu quả thu hồi bụi cao hơn. + Có thể ứng dụng để thu hồi bụi có kích thước đến 0,1 μm. + Có thể sử dụng khi độ ẩm và nhiệt độ cao. + Tránh được nguy hiểm cháy, nổ thấp nhất. + Cùng với bụi có thể thu hồi hơi và khí. - Nhược điểm: + Bụi thu được ở dạng cặn do đó phải xử lý nước thải, làm tăng giá thành của quá trình xử lý. + Các giọt lỏng có khả năng bị cuốn theo khí và cùng với bụi lắng trong ống dẫn và máy hút bụi. + Trong trường hợp khí có tính ăn mòn cần phải bảo vệ thiết bị và đường ống bằng vật liệu chống ăn mòn. + Chất lỏng tưới thiết bị thường là nước. Khi kết hợp quá trình thu hồi bụi với xử lý hóa học, chất lỏng được chọn theo quá trình hấp thụ. d- Lọc bụi điện: Khí chứa bụi đượpc dẫn qua điện trường có điện thế cao. Dưới tác dụng của điện trường khí bị ion hoá. Các ion bám trên các hạt bụi và tích điện cho chúng. Các hạt bụi sau khi tích điện được qua một điên trường chúng sẽ bị hút về cực khác dấu. Phương pháp này dùng để thu hồi các hạt bụi nhỏ có kích thước bất kỳ và bụi có giá trị. - Ưu điểm: + Mức độ làm sạch cao có thể tới 99%. + Chi phí năng lượng thấp cho việc thu gom bụi khoảng 0,1-0,5 kW/h cho 1000m3 khí. + Có thể thu gom các hạt bụi có kích thước 0,1-100μm(và nhỏ hơn) khi nồng độ trong không khí từ vài gam đến 50g/m3. + Nhiệt độ làm việc có thể cao hưon 500oC. + Những thiết bị lọc bụi tĩnh điện có thể làm việc với áp suát chân không cũng như khi áp suất cao. - Nhược điểm: + Độ nhạy cao, nên nếu có sự sai khác nhơ giữa giá trị thực tế của công nghệ và thông số tính toán thiết kê thì hiệu quả lọc bụi cũng giảm sút nhiều. + Không thể sử dụng cho các loại bụi dễ gây cháy nổ do trong thiét bị có xuất hiện các tia lữa điện. + Dễ hư hỏng cơ khí trong vùng hoạt tính của thiêt bị. Có nhiều dạng thiết bị lọc bụ khác nhau được phân loại theo két cấu bộ lọc, cực phóng điện, cực lắng, số lượng điện trường dạng phân phối khí và dạng tháo khô hay ướt. e- Lọc bụi qua túi vải – màng vải: Các đặc tính quan trọng nhất của lưới lọc bụi Là hiệu quả lọc, sức cản khí động và thời gian của chu kỳ hoạt eđộng trước khi thay đổi mới hoặc hoàn nguyên. Quá trình lọc bụi bằng các loại vật liệu lọc như vải, sợi xoắn rối, cactong làm bằng hỗn hợp sợi xenlulozơ-amiăng gồm các sợi có đường kính khác nhau… Khi cho khí chứa bụi đi qua lưới lọc bụi, các hạt bụi tiếp cận với các sợi của vật liệu lọc và tại đó xảy ra các tác đọng tương hỗ (va đập quán tính, thu bắt do tiếp xúc và khuếch tán) giữa hạt bụi và vật liệu lọc. Trong quá trình lọc đối với các hạt bụi đến sau. Tuy nhiên, bụi tích tụ càng nhiều làm cho kích thước lỗ ngày càng giảm vì vậy sau một thời gian làm việc nào đó cần phải phá vỡ và loại lớp bụi ra. Thiết bị lọc được chia làm 3 loại, phụ thuộc vào chức năng và nồng độ bụi vào ra: + Thiết bị tinh lọc (hiệu quả cao): Dùng để thu hồi bụi cực nhỏ với hiệu quả rất cao (>99%) với nồng độ đầu vào thấp (<1mg/m3) và vận tốc lọc < 10 cm/s. Thiết bị lọc này ứng dụng để thu hồi bụi độc hại đặc biệt, cũng như để siêu lọc không khí. Vật liệu lọc không được thu hồi. + Thiết bị lọc không khí được sử dụng trong hệ thống thông khí và điều hoà không khí. Chúng được dung để lọc khí có nồng độ bụi mnhỏ hơn 50 mg/m3, với vận tốc lọc 2,5-3 m/s. Vật liệu lọc có thể được phục hồi hoặc không phục hồi. + Thiết bị lọc công nghiệp (vải, hạt, sợi thô): được sử dụng để làm sạch khí công nghiệp có nồng độ bụi đến 60g/m3 với kích thước hạt lớn hơn 0,5μm, vật liệu lọc thường được phục hồi. Khí chứa bụi dẫn qua màng vải, bụi được giữ lại trên đó. Khi tốc độ khí không lớn có thể đạt độ sạch cao. Dùng để thu hồi bụi có giá trị ở trạng thái khô với hiệu quả cao hoặc rất cao. 9.3.2.2. Lựa chọn phương pháp xử lý bụi - Từ các đặc điểm của bụi than và các phương pháp lọc bụi, ta có thể sử dụng phương pháp lọc bụi điện và lọc bụi qua túi vải để thu gom bụi bốc ra từ máy luyện tại Xưởng cán luyện. - Một đặc tính của bụi than là có nguy cơ cháy nổ cao, nên ta không sử dụng thiết bị lọc điện để xử lí mặc dù hiệu quả xử lí của thiết bị rất cao. Do bên trong thiết bị lọc điện có sinh ra các tia lữa điện gặp bụi than dễ phát sinh cháy, nổ. - Với yêu cầu xử lí đạt hiệu quả cao (tuần hoàn sử dụng lại) và thu hồi bụi khô. - Thiết bị lọc túi vải có hiệu quả xử lí cao với độ tin cậy cao, có cấu tạo và vận hành đơn giản, tiết kiệm chi phí năng lượng và chi phí bảo trì. - So với thiết bị cùng loại thì lọc tay áo với hệ thống cơ rung thì giá thành hạ (do không cần phải sử dụng hai đơn nguyên, giảm được số túi vải sử dụng mặc dù giá vải dùng cho tái sinh khí nén có cao hơn), vận hành tự động gần như hoàn toàn…Tuy vậy công tác bảo trì và kiểm tra rất nghiêm ngặt, việc chế tạo cần độ chính xác cao. - Là thiết bị được chế tạo và sử dụng rộng rãi. - Kích thước thiết bị không lớn, không chiếm nhiều diện tích. 9.3. TÍNH TOÁN HỆ THỐNG LỌC BỤI DẠNG TÚI VẢI 9.3.1. Sơ đồ nguyên lý hệ thống BỤI TỪ MÁY LUYỆN KÍN CHỤP HÚT BUỒNG LỌC BỤI ĐƯỜNG ỐNG HÚT QUẠT LY TÂM KHÍ SẠCH THÙNG CHỨA BỤI 9.3.2. Tính toán thiết bị lọc ống tay áo - Lưu lượng khí cần lọc của một máy luyện kín: , m3/ph. Trong đó : Mb : Tải lượng bụi bốc ra từ máy luyện kín, g/ph. Với Mb = (0,15% ÷ 0,2%) khối lượng chất độn và phụ gia sử dụng (65 kg/mẻ luyện); Ta có Mb = 1404 (g/h). Cb : Nồng độ bụi ban đầu của khí đi vào bộ lọc, g/m3. Cb = 1,5 g/m3. Vậy: (m3/h). - Lưu lượng khí thải của 6 máy luyện kín: 6936 = 5616 (m3/h). - Xuất phát từ các điều kiện kinh tế - kỹ thuật sức cản của thiết bị lọc không nên vượt quá 750 ÷ 1500 pa (75 ÷ 150 mmH2O) và chỉ trong những trường hợp đặc biệt có thể cho phép lên đến 2 ÷ 2,5 kPa (200 ÷ 250 mmH2O). Khi sức cản tăng cao có thể xảy ra các hiện tượng như ống tay áo bị rách đường khâu, bị bật ra khỏi các mối liên kết với hộp thiết bị …. - Nồng độ bụi cho phép thải ra môi trường theo TCVN 5939 – 1995 loại A là Ctc= 100 mg/m3. Nồng độ cho phép theo TCVN 6992 – 2001 ở điều kiện tiêu chuẩn là: (mg/m3) Trong đó: Kv : Hệ số phân vùng - thải ra trong vùng đô thị, Kv = 0,8. KCN : Hệ số theo trình độ công nghệ của thiết bị, xí nghiệp được xây dựng và vân hành trước năm 1994, KCN = 0,75. K0 : Hệ số theo quy mô nguồn thải, 5000 ≤ Q ≤ 20000 m3/h, KQ = 0,75. - Ở điều kiện thường với nhiệt độ không khí là 34oC thì nồng độ ra là: 44,35 (mg/m3) - Hiệu suất làm việc của bề mặt lọc: 9.3.2.1. Tính toán công nghệ: - Lưu lượng khí thải: 6936 = 5616 (m3/h). - Diện tích bề mặt lọc cần thiết được xác định theo công thức: (m2) Trong đó : q : Khả năng thoát khí hay vận tốc lọc , phụ thuộc dạng vải lọc (m3/m2.s). Chọn vải lọc là vải bằng sợi thuỷ tinh thì q = 0,3 ÷ 0,9 (m3/m2.ph), q = 0,9 (m3/m2.ph). - Thiết bị gồm nhiều túi vải đường kính 160mm, chiều cao 3m có khung lồng vào và cố định đầu trên vào bản đục lỗ (hình vẽ????). (S0 = 1,5072 m2). - Số túi vải cần thiết là: n ; Lấy n = 70 (túi). - Các túi này được bố trí thành 7 hàng, mỗi hàng 10 túi. Ngoài ra, cần thiết kế thêm một hàng 10 túi vải làm các túi hoàn lưu. Vậy, số túi vải thực tế là n’= 80 túi, diện tích bề mặt lọc thực tế là St = n’S0 = 80 1,5072 = 120,576 (m2). Chọn máy nén khí: Thời gian rũ bụi τ (s) rất ngắn, thường chỉ vài giây đối với thiết bị rủ bụi bằng khí nén, chọn τ = 2s. Ở đây quá trình rủ bụi được điều khiển tự động bằng các vale điện tử được gắn trực tiếp trên mỗi hàng ống dẫn khí nén thổi thẳng vào túi vải (gồm có 8 hàng ống, mỗi hàng có 10 miệng thổi). - Lượng khí nén rủ bụi cho mỗi túi vải vào khoảng 4 l/s, áp suất 5 atm. - Lưu lượng khí cho mỗi lần rủ bụi: Q = 10 4 = 40 (l/s) = 144 (m3/h). Nguyên tắc rủ bụi: - Chọn máy nén với các thông số sau: + Áp suất : 5 atm. + Lưu lượng khí nén: 144 m3/h. - Lượng hệ khí đi vào thiết bị làm sạch: Gv = L ρk = 5616 1,1502 = 6459,5 (kg/h). Trong đó: ρk là khối lượng riêng của không khí khô khi P=760mmHg, ρk = 1,1502 kg/h (tại 34oC). - Nồng độ bụi trong hệ khí tính theo phần trăm khối lượng đi vào thiết bị lọc: (%) - Nồng độ bụi trong hệ khí tính theo phần trăm khối lượng đi ra thiết bi lọc: = 0,004 (%) - Lượng hệ khí đi ra khỏi thiết bị: (kg/h) - Lưu lượng khí sạch hoàn toàn: (kg/h) - Lượng bụi thu được: (kg/h) 9.3.2.2. Tính cấu tạo thiết bị: - Phân bố túi vải làm 8 hàng, mỗi hang gồm 10 túi. - Chọn khoảng cách giữa các túi là 200 mm, giữa các hang là 200 mm. - Sử dụng thép CT3 F6mm làm khung túi. - Đầu phụt khí làm bằng:…. - Tính bề dày thân: + Chọn vật liệu: Điều kiện làm việc của thiết bị: - Thiết bị làm việc ở môi trường ăn mòn ít nếu có chỉ do các yếu tố xâm thực, ma sát. - Nhiệt độ làm việc toC = 45oC. - Thiết bị làm việc chịu áp suất trong với áp suất làm việc Plv= 1at = 9,81.104 (N/m2) = 0,0981 (N/mm2). Chọn vật liệu là thép cacbon thường để chế tạo thiết bị: - Ký hiệu thép: CT3. - Giới hạn bền: sk = 380.106 (N/m2). - Giới hạn chảy: sc = 240.106 (N/m2). - Chiều dày tấm thép: b = 4 – 20 (mm). - Độ dãn tương đối: d = 25%. - Hệ số dẫn nhiệt: l = 50 (W/m.oC). - Khối lượng riêng: r = 7850 (kg/m3). - Áp suất thử thuỷ lực: Pth = 1,5Plv. Chọn công nghệ gia công là hàn tay bằng hồ quang điện, bằng cách hàn giáp mối 2 bên. Hệ số hiệu chỉnh: h = 1. 9.3.2.3. Tính toán đường ống dẫn khí thải: - Bất kì hệ thống thông gió hút bụi nào cũng mang tính chất vận chuyển bụi trên đường ống từ nguồn phát sinh đến thiết bị xử lí. - Quá trình vận chuyển những hạt rắn lẫn trong dòng không khí gọi là vận chuyển bằng đường ống hoặc còn gọi là vận chuyển bằng khí ép. - Điều kiện cơ bản để các phần tử hạt rắn có thể lơ lửng trong không khí là: lực tác dụng lên phần tử hạt rắn do dòng không khí chuyển động từ dưới lên trên gây ra phải bằng hoặc lớn hơn trọng lượng bản thân của hạt. - Theo công thức (10-5)[]: Trong đó: P : lực tác dụng do ma sát giữa không khí và bề mặt xung quanh của hạt, kg. Ko : hệ số tỉ lệ đến ảnh hưởng của sự chảy bọc quanh hạt của dòng không khí. S : bề mặt xung quanh của hạt, m2. γ : Trọng lượng đơn vị của không khí, kg/m3. λ : Hệ số ma sát. v : vận tốc của dòng không khí trong ống dẫn, m/s. F: tiết diện trực đối lớn nhất của hạt theo phương trục đối xứng, m2. - Thành phần của lực ma sát trong phương trính (10-5) không đáng kể, có thể bỏ qua, từ đó: (m/s) - Thông thường, đối với hệ thống vận chuyển bằng khí ép ta có Ko = 0,5. Khi đó: (m/s) - Đối với bụi than hoạt tính nói riêng và chất độn nói chung, đường kính hạt d = 5 ÷ 100μkm( chọn d = 0,0001m), γh = 1900 ÷ 2000 kg/m3 ( chọn γh = 2000 kg/m3). - Vận tốc làm việc của hệ thống phụ thuộc vào hàm lượng μ của vật liệu rời được vận chuyển theo dòng không khí: Trong đó: G: Lượng vật liệu, kg/s; G = 8,4 kg/h. L: Lưu lượng không khí sạch trên đương ống, kg/h; L = 6451,1 kg/h. Khi μ ≤ 1 : vận tốc làm việc vlv = (1,25 ÷ 1,3) vtreo. (m/s) a. Đối với nhánh thứ nhất - Chọn nhánh từ thiết bị lọc bụi đến máy ML – 6 là nhánh dài nhất làm nhánh chính. Còn nhánh phụ là nhánh rẽ xuống Máy ML – 5. 1a. Tính tổn thất cho nhánh chính - Lưu lượng không khí hút tại mỗi máy là L = 936 m3/h, tại mỗi máy có 2 miệng hút được dẫn từ đường ống dẫn chính vào thân thiết bị với lưu lượng hút là L1 = 468 m3/h. * Đoạn 1 – 2: có lưu lượng L = 468 m3/h, l = 3,7 m. - Chọn vận tốc không khí là v = 6,5 m/s. Theo phụ lục 9 – Thông gió và xử lý khí thải. Ta tìm được đường kính ống dẫn D mm, tổn thất áp suất đơn vị R (pa/m), áp suất động Pđ (pa). Như sau: L = 468 m3/h; D = 160 mm; R = 3,55 pa/m; v =6,5 m/s; Pđ = 25,8 pa; R.l = 13,1 pa. - Tìm tổng trở cục bộ trên đoạn 1- 2, : + Trở lực miệng hút, a = 10o: = 0,05. + Cút 900 có R = 2D: = 0,2. + Chạc ba nhánh thẵng: = 0,29. Tổng hệ số tổn thất: = 0,54. - Tổn thất áp suất: DP = R×l + ΔPđ × = 3,77 × 3,7 + 25,8 × 0,54 = 27 (pa) * Đoạn 2 – 3: có lưu lượng L = 936 m3/h, l = 12,7 m. - Chọn vận tốc không khí là v = 8,3 m/s. Theo phụ lục 9 – Thông gió và xử lý khí thải. Ta tìm được đường kính ống dẫn D mm, tổn thất áp suất đơn vị R (pa/m), áp suất động Pđ (pa). Như sau: L = 936 m3/h; D = 200 mm; R = 4,22 pa/m; v =8,3 m/s; Pđ = 42,1 pa; R.l = 53,6 pa. - Tìm tổng trở cục bộ trên đoạn 2- 3, : + Van điều chỉnh: = 0,05. + Chạc ba nhánh thẵng: = 0,28. Tổng hệ số tổn thất: = 0,33. - Tổn thất áp suất: DP = R×l + ΔPđ × = 4,22 × 12,7 + 42,1 × 0,33 = 67,5 (pa) * Đoạn 3 – 4: có lưu lượng L = 1404 m3/h, l = 1,5 m. - Chọn vận tốc không khí là v = 9,8 m/s. Theo phụ lục 9 – Thông gió và xử lý khí thải. Ta tìm được đường kính ống dẫn D mm, tổn thất áp suất đơn vị R (pa/m), áp suất động Pđ (pa). Như sau: L = 1404 m3/h; D = 225 mm; R = 4,98 pa/m; v =9,8 m/s; Pđ = 58,7 pa; R.l = 7,47 pa. - Tìm tổng trở cục bộ trên đoạn 3 - 4, : + Chạc ba nhánh thẵng: = 0,27. Tổng hệ số tổn thất: = 0,27. - Tổn thất áp suất: DP = R×l + ΔPđ × = 4,98 × 1,5 + 58,7 × 0,27 = 23,32 (pa) * Đoạn 4 – 5: có lưu lượng L = 1872 m3/h, l = 32,5 m. - Chọn vận tốc không khí là v = 14,7 m/s. Theo phụ lục 9 – Thông gió và xử lý khí thải. Ta tìm được đường kính ống dẫn D mm, tổn thất áp suất đơn vị R (pa/m), áp suất động Pđ (pa). Như sau: L = 1872 m3/h; D = 250 mm; R = 7,5 pa/m; v =16,6 m/s; Pđ = 132,2 pa; R.l = 243,75 pa. - Tìm tổng trở cục bộ trên đoạn 4 - 5, : + Cút 900 có R = 2D: = 0,2. + Cút 600 có R = 2D: = 0,12. + Chạc ba ống quần: = 0,1. Tổng hệ số tổn thất: = 0,62. - Tổn thất áp suất: DP = R×l + ΔPđ × = 7,5 × 32,5 + 168,5 × 0,62 = 124,18 (pa) * Đoạn 7 – 8: có lưu lượng L = 15000 m3/h, l = 6,5 m. - Chọn vận tốc không khí là v = 17,6 m/s. Theo phụ lục 9 – Thông gió và xử lý khí thải. Ta tìm được đường kính ống dẫn D mm, tổn thất áp suất đơn vị R (pa/m), áp suất động Pđ (pa). Như sau: L = 15000 m3/h; D = 550 mm; R = 4,8 pa/m; v =17,6 m/s; Pđ = 189,4 pa; R.l = 31,2 pa. - Tìm tổng trở cục bộ trên đoạn 7- 8, : + Con vịt chuyển: = 0,4. + Ngoặt vuông sắc cạnh: = 0,4. + Cút 90o có R = 2D: = 0,2. Tổng hệ số tổn thất: = 1,4. - Tổn thất áp suất: DP = R×l + ΔPđ × = 4,8 × 6,5 + 189,4 × 1,4 = 296,4 (pa) * Đoạn 8 – 5: có lưu lượng L = 15000 m3/h, l = 2 m. - Chọn vận tốc không khí là v = 17,6 m/s. Theo phụ lục 9 – Thông gió và xử lý khí thải. Ta tìm được đường kính ống dẫn D mm, tổn thất áp suất đơn vị R (pa/m), áp suất động Pđ (pa). Như sau: L = 15000 m3/h; D = 550 mm; R = 4,8 pa/m; v =17,6 m/s; Pđ = 189,4 pa; R.l = 9,6 pa. - Tìm tổng trở cục bộ trên đoạn 8 - 5, : + Van điều khiển : = 0,05. + Côn mở rộng trước quạt, α = 10o: = 0,05. Tổng hệ số tổn thất: = 0,1. - Tổn thất áp suất: DP = R×l + ΔPđ × = 4,8 × 2 + 189,4 × 0,1= 28,54 (pa) Bảng 8.1. Tính toán tổn thất của hệ thống xử lý Đoạn Lưu lượng hút D (mm) l (m) v (m/s) R (pa/m) Sx ΔPđ (pa) PΣ (pa) L (m3/h) L (m3/s) 1 - 2 7488 2,08 400 7 16,6 6,57 168,5 150,46 2 - 3 15000 4,168 550 2,25 17,6 4,8 189,4 39,21 4 -5 15000 4,168 550 5,5 17,6 6,57 189,4 124,44 6 - 2 15000 2,08 400 3 16,6 4,8 168,5 124,18 7 - 8 15000 4,168 550 6,5 17,6 4,8 189,4 296,4 8 - 5 15000 4,168 550 2 17,6 4,8 189,4 28,54 Chương 10 THIẾT KẾ HỆ THỐNG KHỬ NHIỆT VÀ MÙI 10.1. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÙI - Trong các loại ô nhiễm không khí có lẽ ô nhiễm mùi là vấn đề phức tạp nhất bởi vì mùi là hiện tượng mang bản chất vừa vật lý, vừa hóa học và cả sinh học nữa. - Người ta cảm nhận được mùi là vì chất có mùi khuếch tán rất mạnh các phân tủ của nó vào không khí, con người hít thở không khí có chứa các phân tử nói trên vào khoang mũi và ở đó xaye ra sự thẩm thấu của các phân tử gây mùi vào lớp màng tế bào của biểu mô tiếp nhận mùi của khứu giác kèm theo các phản ứng hóa học khác nhau, tạo thành xung điện sinh học. Các xung điện được thần kinh khứu giác khuếch đại và chuyển lên não. - Các chất có mùi có những đặc điểm sau: + Dễ bay hơi: luôn luôn có những phân tư khuếch tán vào khí quyển và thâm nhập vào cơ quan khứu giác; + Dễ bị hấp thụ trên bề mặt rất nhạy ảm của biểu mô khứu giác; + Thông thường không có trên bề mặt nhạy cảm của biểu mô khứu giác. Đièu đó có nghĩa là các biểu mô khứu giác không thường xuyên tiếp xúc với chất có mùi, để ghi những phân tử của chất ấy thâm nhập vào mũi là biểu mô khứu giác có những thay đổi một cách tương ứng và chính sự thay đổi đó gây ra sự cảm nhận về mùi, tức cảm giác mùi. - Có bốn đặc điểm của cảm nhận khứu giác được áp dụng để xác định mùi. Đó là: + Cường độ mùi: độ mạnh yếu của phản xạ khứu giác. + Độ lan tỏa của mùi: sự thay đỗi cường độ mùi. + Chất lượng mùi: tưong tụ như cảm giác mùi, bản chất hóa học , đặc tính của chất có mùi, thể loại mùi. +Thái độ, ý kiến tiếp nhận: mức độ ưa thích hoặc không ưa thích, dễ chịu hoặc khó chịu đối với một mùi nào đó. - Thang điểm từ điểm 0 đến 4 ứng với 6 mức cảm nhận mùi khác nhau từ thấp đến cao (bang…): Bảng 10.1. Thang điểm đánh giá mức cường độ mùi Mức cường độ mùi p Cảm nhận khứu giác 0 Không nhận biết 0,5 Ngưỡng nhận biết (nhận biết rất mờ nhạt) 1 Nhận biết mờ nhạt 2 Nhận biết dễ dàng 3 Mùi mạnh 4 Không chịu đựng nổi 10.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÍ Ô NHIỄM MÙI - Có hai hướng chính để giải quyết vấn đề ô nhiễm mùi: +Một là: giảm thiểu nồng độ phát thải chất có mùi để cho mùi của nó bớt đậm đặc và do đố ít gây ảnh hưởng xấu đến môi trường xung quanh. Mùi được xử lý bằng cách giảm thiểu lượng phát thải từ nguồn, pha loãng khí có mùi bằng quá trình khuếch tán trong khí quyển, khử chất có mùi trong khí thải bằng hấp thụ, hấp phụ, oxy hóa hoặc biến đổi hóa học chất có mùi khó chịu thành chất ít tỏa mùi hơn. + Hai là: làm thay đổi hoặc “ngụy trang” chất lượng của mùi để mùi tỏa ra được dễ chịu hơn, được dân cư chấp nhận. Mùi gốc ban đầu được “ngụy trang” bằng cách trộn thêm chất có mùi mạnh nhưng dễ chịu để át bớt mùi khó chịu của khí thải với điều kiện chất hòa trộn không có phản ứng hóa học với các chất có mặt trong khí thải để tạo thành những hợp chất mới gây phức tạp hơn cho vấn đề ô nhiễm môi trường. 10.2.1. Chống ô nhiễm mùi đối với môi trường bên trong nhà Đối với nhà công nghiệp , biện pháp thông gió hút thải cục bộ cho từng thiết bị công nghệ có tỏa mùi là biện pháp hữu hiệu và hợp lí nhất cũng giống như hút cục bộ với các nguồn thải bụi và khí độc hại khác: tủ hút, chụp hút, miệng hút trên thành bể chưa chất tỏa độc hại kể cả mùi…Song song với biện pháp hút thải cục bộ, trong công nghiệp thường được bố trí hệ thống thông gió thổi cục bộ hoặc thổi chung để cấp không khí sạch nhằm pha loãng nồng độ các loại hơi khí có mùi, độc hại còn lại trong phòng xuống đến giới hạn cho phép. 10.2.2. Xử lí ô nhiễm mùi bằng quá trình hấp thụ Dùng nước để hấp thụ khí độc hại nói chung và khử khí có mùi nói riêng là biện pháp đơn giản, ít tốn kém. Tuy nhiên, để xử lí khí SO2, amoniac…độ hòa tan của các chất khí cần khử trong nước ở điều kiện bình thường không cao, do đó hiệu quả của quá trình hấp thụ bằng nước là khá thấp, nhất là đối với những chất có mùi. Thường, nồng độ ban đầu của các chất có mùi trong khí thải là tương đoío thấp và nồng độ cuối sau xử lí lại càng cần phải rất thấp để đáp ứng yêu cầu về môi trường, do đó việc dùng nước để hấp thụ các chất vcó mùi trong nhiều trueòeng hợp không đáp ứng được yêu cầu đề ra. Người ta có thể dùng các loại dung dịch khác nhau đẻ tưới trong các loại thiết bị rửa khí như buồng phun rỗng, scrubber có lớp đệm, scrubber sủi bọt…với mục đích khử các chất có mùi. 10.2.3. Xử lí ô nhiễm mùi bằng quá trình hấp phụ Dùng than hoạt tính hoặc các chất hấp phụ khác như silicagel, alumogel…để khử mùi là phương pháp đơn giản, thận tiện và cho hiệu quả khử cao đối với nhiều loại chất có mùi khác nhau. Đặc biệt là than hoạt tính được sử dụng rất phổ biến cho những trường hợp khác sau đây: - Khử mùi đối với khí thải trước khi xả ra bầu khí quyển. - Khử mùi đối với không khí ngoài trời trong các hệ thống thông gió thổi vào để cấp không khí trong sạch theo yêu cầu vệ sinh cho gian phòng, phân xưởng sản xuất. - Khử mùi đối với không khí tuần hoàn (hệ thống điều hòa không khí, sưởi ấm bằng gió nóng…). 10.2.4. Xử lí ô nhiễm mùi bằng phương pháp thiêu đốt Khử mùi bằng phướng pháp thiêu đốt được áp dụng rộng rải khi trong khí thải có chứa các chất hữu cơ có mùi với nồng độ cao. Có thể đốt trực tiếp hoặc có xúc tác. Trường hợp đốt trực tiếp cần đảm bảo nhiệt độ trong phạm vi 600-8000C và dùng khí đôt thiên nhiên để đốt. Trường hợp đốt có xúc tác, nhiệt độ cần duy trì ở mức 250-450oC. 10.2.5. Xử lí khí có mùi bằng quá trình ngưng tụ Dưới áp suất nhất định mọi chất khí đều có nhiệt độ ngưng tụ (cũng tcs nhiệt độ sôi) tương ứng của chúng. Nếu làm lạnh khí thải đến nhiệt độ dưới nhiệt độ ấy thì chất khí, hơi cần khử sẽ ngưng tụ thành dịch tách ra khỏi khối khí thải và được thu hồi bằng phương pháp phân ly trọng lực. Phương pháp ngưng tụ có thể áp dụng để khử mọi loại hơi, khí độc hại nói chung trong đó có cả những chất có mùi. Tuy nhiên, tùy thuộc theo nhiệt độ ngưng tụ của chất khí cần khử cao hay thấp mà phương pháp ngưng tụ có thể áp dụng được tiện lợi và kinh tế hay không. 10.2.6. Xử lí ô nhiễm mùi bằng phương pháp pha loãng – khuếch tán Trong nhiều trường hợp mặc dù nồng độ chất có mùi trong khí thải rất thấp, nhưng mùi của nó vẩn gây ô nhiễm đối với khu vực xung quanh nguồn phát thải. Lúc đó các biện pháp xử lý khử chất ô nhiễm đã nêu trên đây đều cho hiệu quả có thể rất thấp và không kinh tế. Phương pháp tốt nhất để giải quyết trường hợp nêu trên là pha loãng chất ô nhiễm. Đó chính là quá trình khuyếch tán chất ô nhiễm trong khí quyển từ các nguồn điểm cao hoặc thấp. 10.2.7. “Ngụy trang” mùi “Ngụy trang” mùi là biện pháp dùng chất có mùi mạnh và dễ chịu để che lấp, lấn át mùi khó chịu (mùi nào mạnh sẽ lấn át mùi kia-mùi cần xử lý). Vấn đề đặt ra là cần phải chọn chất pha trộn như thế nào để đáp ứng được yêu cấu sau: - Không độc hại. - Không gây cháy nổ, không gây han gỉ. - Không có phản ứng hóa học với các chất có mặt trong khí thải nói chung và chất có mùi khó chịu cần khử nói riêng để tạo thành những chất độc hại hoặc hợp chất có mùi khó chấp nhận khác. - Chất pha trộn cần có độ bốc hơi nhanh và mùi của nó giữ được bền trong môi trường không khí. 10.3. THIẾT KẾ HỆ THỐNG KHỬ NHIỆT VÀ MÙI - Để đảm bảo Chụp hút làm việc có hiệu quả, khi thiết kế cần đảm bảo các yêu cầu sau: - Chụp hút cần bố trí trên đường phân bố của luồng để có thể sử dụnh năng lượng của luồng. Ngoài ra để tăng cường hiệu quả hút, cần nghiên cứu quy luật phân bố của luồng và tác dụng tương hỗ của chúng đối với dòng không khí gần miệng hút. - Vì hiệu quả hút chỉ đạt được ở khoảng cách không lớn so với chụp, chụp hút cần đặt càng gần nguồn toả càng tốt. - Không khí thải không đi qua vùng hô hấp của công nhân, chụp hút không cản trở thao tác của công nhân. - Chụp hút có cấu tạo đơn giản với sức cản thuỷ lực bé ( tiết kiệm năng lượng). - Khi đưa không khí thổi vào gần miệng hút, cần loại trừ khả năng các yếu tố có hại có thể lan toả khắp phòng. 10.3.1. Tính toán chụp hút trong trường hợp luồng khí không xác định hướng - Vận tốc theo trục vo (m/s) của chụp phụ thuộc vào góc mở trung tâm của chụp. Nếu góc mở càng lớn thì vận tốc tại trục càng lớn khi so sánh với vận tốc trung bình. - Đường biên góc mở của chụp tạo thành vùng chịu ảnh hưởng bởi sức hút cơ khí của chụp. Đối với chụp có dạng hình chử nhật (cạnh a > b) thì: (m/s) - Lưư lượng không khí được chụp hút ra có thể xác định theo công thức: L = 3600. Vtb.F (m3/h) Trong đó: L : lưu lượng thể tích không khí hút ra, m3/h. Vtb: vận tốc trung bình của không khí trong tiết diện vào của chụp (m/s). Khi nguồn toả ra khí không độc hại (nhiệt thừa, ẩm…) có thể tiếp nhậnVtb=(0,15 – 0,25)m/s, còn để hút khí độc hại có thể tiếp nhận Vtb > 1m/s. F: diện tích tiết diện vào của chụp, m2. - Mổi máy luyện cao su khi hoạt động thực chất là một nguồn toả nhiệt và mùi hôi đặc trưng của cao su, gây khó chịu cho người vận hành máy và ảnh hưởng đến sức khoẻ của họ. Việc xử lý mùi bằng biện pháp thông gió hút thải cục bộ làm cho không khí có mùi được hút ra ngoài rồi pha loãng và khuếch tán với khí quyển là phương pháp tối ưu nhất. vì so với các phương pháp khác thì: + Phương pháp hút mùi có thiết kế và chế tạo đơn giản. + ít tốn kém vì không sử dụng hoá chất để xử lí. + Mùi cao su là mùi hỗn hợp, không thể nguỵ trang bằng một mùi khác. + Vận hành đơn giản. + Được ứng dụng rất phổ biến. - Với máy luyện cao su có kích thước nguồn toả mùi, toả nhiệt: A x B = 1 x 2 (m). Ta có: + Kích thước chụp hút: a x b = 1 x 2 m. + Chiếu cao từ nguồn thải đến chụp hút: y1 = 0,5 m. + Chiều cao chụp hút: h = 0,5m. + Góc mở của chụp = 132o. + Vận tốc trung bình của không khí trong tiết diện vào chụp: Vtb = 0,25 m/s. + Lưu lượng hút: L = 3600.Vtb.F = 36000,2512 = 1800 m3/h = 0,5 m3/s 10.3.2. Tính toán tổn thất cột áp của khí thải trên dường ống dẫn đến quạt hút * Đoạn 1 – 2: có lưu lượng L =1800