Đồ án Tính toán thiết kế hệ thống xử lý khói thải bên ngoài

Đồ án MTKK và XLKT GVHD: PGS-TS: Nguyễn Quỳnh Hương - 1 ---------------------------- L£ ANH TUÊN 49 dt MSSV: 6269 49-------------- TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG XLKT BÊN NGOÀI CHƢƠNG 1: TÍNH TOÁN NỒNG ĐỘ VÀ TẢI LƢỢNG CÁC CHẤT ĐỘC HẠI CHƢƠNG 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÔNG TRÌNH XỬ LÍ CHƢƠNG 3: TÍNH TOÁN KHUẾCH TÁN CHẤT Ô NHIỄM Đồ án MTKK và XLKT GVHD: PGS-TS: Nguyễn Quỳnh Hương - 2 ---------------------------- L£ ANH TUÊN 49 dt MSSV: 6269 49-------------- CHƢƠNG 1 TÍNH TOÁN NỒNG ĐỘ VÀ TẢI LƢỢNG CÁC CHẤT Ô NHIỄM I.1. SỐ LIỆU BAN ĐẦU I.1.1. Nhiệm vụ Tính toán dự báo và thiết kế hệ thống xử lý ô nhiễm môi trường không khí từ lò đốt dầu của nhà máy thép: GIA SÀNG I.1.2. Số liệu ban đầu 1) Địa điểm xây dựng : Hà Nội 2) Hướng mặt chính của nhà máy : hướng Nam 3) Các thông số khí hậu Bảng 1-1: Các thông số khí hậu của môi trường xung quanh Mùa Hè Mùa Đông H TB t 0 C H TB  % H tt d g/m 3 H TB v m/s Hướng gió D TB t 0 C DTB % D tt d g/m 3 D TB v m/s Hướng gió 28,8 Th.7 83 22 3,2 ĐN 16,6 Th.1 80 10 3,5 ĐB 4) Thông số nguồn thải Đồ án MTKK và XLKT GVHD: PGS-TS: Nguyễn Quỳnh Hương - 3 ---------------------------- L£ ANH TUÊN 49 dt MSSV: 6269 49-------------- a) Nhiên liệu sử dụng : Lò đốt dầu với mục đích tạo ra nhiệt nung nóng chảy dung dịch kẽm để mạ ống thép, lò đốt xây dựng ngay bên dưới bể mạ kẽm, khí thải được thu lại theo đường ống dẫn ra ngoài để xử lí trước khi ra khỏi ống khói. Bảng 1-2: Thành phần nhiên liệu đốt bột than Thành Loại phần nhiên liệu Cp (%) Op (%) Hp (%) Np (%) Sp (%) Wp (%) Ap (%) Số lượng B(kg/h) 2 Lò điện 61,4 2,63 1,93 0,34 0,7 7 26 1890 Lò nung phôi 61,4 2,63 1,93 0,34 0,7 7 26 2567 b) Công suất nhà máy : + Năng suất phôi: 650.000 tấn/năm c) Đặc tính của nguồn thải. Bảng 1-3: Đặc tính nguồn thải TT Loại nguồn thải Số lượng nguồn thải Chiều cao (m) Đường kính miệng ống khói (m) Nhiệt độ khói thải ( 0 C) Lưu lượng khói thải 1 Lò điện 2 50 4,0 90 2 Lò nung 1 48 1,8 120 Đồ án MTKK và XLKT GVHD: PGS-TS: Nguyễn Quỳnh Hương - 4 ---------------------------- L£ ANH TUÊN 49 dt MSSV: 6269 49-------------- 1.2. TÍNH TOÁN THỂ TÍCH KHÓI THẢI Nhiệt trị tính theo công thức 12.7-[7] như sau: QP=81.Cp + 246.Hp - 26.(Op - Sp) - 6.Wp = 81.61,4 + 246.1,93 - 26.(2,63 – 0,7) – 6.7 = 5356 (Kcal/kgNL) -Lò điện: Lượng nhiên liệu tiêu hao của 2 lò điện : 2 45 / 21 / 1890( / )B T h kg T kg h    -Lò nung: Nhiên liệu sử dụng: Qsd=275’000 (kcal/kgNL) Nhiệt lượng cần cung cấp trong 1 h: 6275000 / 50 / 13,75 10 ( / )ph thQ Q Q kcal T T h kcal h      Lượng nhiên liệu tiêu thụ trong 1h: 6 /13,75 10 2567( / ) 5356 / n p kcal hQ B kg h Q kcal kgnl     Khi đốt cháy nhiên liệu, các phản ứng oxihoa- khử (hay gọi là phản ứng cháy), tạo ra các sản phẩm cháy. Đó hầu hết là các chất khí độc hại đối với con người, do vậy trước khi thải ra môi trường xung quanh, nếu nồng độ chất độc hại lớn hơn tiêu chuẩn thải cho phép bắt buộc phải xử lí. Tính toán sản phẩm cháy ở điều kiện tiêu chuẩn dựa vào bảng 12-1 [7] trong cả 2 mùa như sau: I.1.3. 1.2.1. Tính toán cho mùa hè 1.2.1.1Tính cho lò điện: Bảng 1-4: Sản phẩm cháy tính cho mùa hè Đồ án MTKK và XLKT GVHD: PGS-TS: Nguyễn Quỳnh Hương - 5 ---------------------------- L£ ANH TUÊN 49 dt MSSV: 6269 49-------------- TT Đại lượng tính Công thức tính toán Kết quả (m 3chuẩn/ kgNL) 01 Lượng không khí khô lý thuyết V0=0,089Cp+0,264 Hp-0,0333(Op- Sp) =0,089.61,4+0,264.1,93-0,0333.(2,63-0,7) 5,91 02 Lượng không khí ẩm lý thuyết d =20 g/kg Va= ( 1 + 0,0016d )V0 = ( 1 + 0,0016.22 ) .5,91 6,12 03 Lượng không khí ẩm thực tế (α =1,4) VT = α .Va = 1,4.6,12 8,568 04 Lượng SO2 trong sản phẩm cháy V 2SO = 0,683.10 -2 .Sp = 0,683.10 -2 .0,7 4,78.10 -3 05 Lượng CO trong SPC (η =0,01 V CO = 1,865.10 -2 . η.Cp =1,865.10 -2 .0,01.61,4 1,145.10 -2 06 Lượng CO2 trong SPC (η =0,01 ) V 2CO = 1,865.10 -2 .(1- η).Cp =1,865.10 -2 .(1-0,01).61,4 1,13 07 Lượng hơi nước trong SPC V O2H =0,111.Hp+0,0124.Wp+0,0016.d.Vt = =0,111.1,93+0,0124.7+0,0016.22.8,568 0,6 08 Lượng N2 trong sản phẩm cháy V 2N = 0,8.10 -2 .Np+0,79. VT = = 0,8.10 -2 .0,34+0,79.8,568 6,77 Đồ án MTKK và XLKT GVHD: PGS-TS: Nguyễn Quỳnh Hương - 6 ---------------------------- L£ ANH TUÊN 49 dt MSSV: 6269 49-------------- 09 Lượng O2 trong SPC V 2O = 0,21.( α-1 )Va = 0,21.( 1,4 – 1 ).6,12 0,514 10 a) Lượng NOx trong sản phẩm cháy (Xem như NO2) MNO2= 3,953.10 -8 .(B.QP) 1,18 = 3,953.10 -8 .(1890.5356) 1,18 7,3 b) Quy đổi ra m3 tiêu chuẩn/kgnl ρNO2=2,054kg/m 3 V 2NO = 2 2 7,3 . 1890.2,054 NO NO M B   1,88.10 -3 c) Lượng N2 tham gia vào phản ứng của NO2 V 2N = 0,5 .V 2NO = 0,5.1,88.10 -3 0,94.10 -3 d) Lượng O2 tham gia vào phản ứng của NO2 V 2O = V 2NO 1,88.10 -3 11 Tổng lượng sản phẩm cháy ở đktc VSPC = V 2SO + V CO + V 2CO + V O2H + V 2N +V 2O +V 2NO - V 2N ( 2NO )-V 22 (NOO ) 9,034 Vậy thể tích sản phẩm cháy của lò đốt trong mùa hè là: VSPC = 9,034 m 3/h. Lưu lượng khói thải ứng với khi đốt cháy nhiên liệu Bột than được xác định phụ thuộc vào nhiệt độ của khói thải và được tính toán trong điều kiện thực tế theo công thức sau đây : 273 )t273( . 3600 B.V L SPCT   Do 2 lò điện nên (273 ) 9,034 1890 (273 90) 3600.2 273 3600 2 273 H SPC T V B t L         = 3,15( m 3 /s) Đồ án MTKK và XLKT GVHD: PGS-TS: Nguyễn Quỳnh Hương - 7 ---------------------------- L£ ANH TUÊN 49 dt MSSV: 6269 49-------------- 1.2.1.2 .Tính cho lò nung phôi Bảng 1-5: Sản phẩm cháy tính cho mùa hè TT Đại lượng tính Công thức tính toán Kết quả (m 3chuẩn/ kgNL) 01 Lượng không khí khô lý thuyết V0=0,089Cp+0,264 Hp-0,0333(Op- Sp) =0,089.61,4+0,264.1,93-0,0333.(2,63-0,7) 5,91 02 Lượng không khí ẩm lý thuyết d =20 g/kg Va= ( 1 + 0,0016d )V0 = ( 1 + 0,0016.22 ) .5,91 6,12 03 Lượng không khí ẩm thực tế (α =1,4) VT = α .Va = 1,4.6,12 8,568 04 Lượng SO2 trong sản phẩm cháy V 2SO = 0,683.10 -2 .Sp = 0,683.10 -2 .0,7 4,78.10 -3 05 Lượng CO trong SPC (η =0,01) V CO = 1,865.10 -2. η.Cp =1,865.10 -2 .0,01.61,4 1,145.10 -2 06 Lượng CO2 trong SPC (η =0,01 ) V 2CO = 1,865.10 -2 .(1- η).Cp =1,865.10 -2 .(1-0,01).61,4 1,13 07 Lượng hơi nước trong SPC V O2H =0,111.Hp+0,0124.Wp+0,0016.d.Vt = =0,111.1,93+0,0124.7+0,0016.22.8,568 0,6 Đồ án MTKK và XLKT GVHD: PGS-TS: Nguyễn Quỳnh Hương - 8 ---------------------------- L£ ANH TUÊN 49 dt MSSV: 6269 49-------------- 08 Lượng N2 trong sản phẩm cháy V 2N = 0,8.10 -2 .Np+0,79. VT = = 0,8.10 -2 .0,34+0,79.8,568 6,77 09 Lượng O2 trong SPC V 2O = 0,21.( α-1 )Va = 0,21.( 1,4 – 1 ).6,12 0,514 10 a) Lượng NOx trong sản phẩm cháy (Xem như NO2) MNO2= 3,953.10 -8 .(B.QP) 1,18 = 3,953.10 -8 .(2567.5356) 1,18 10,47 b) Quy đổi ra m3 tiêu chuẩn/kgnl ρNO2=2,054kg/m 3 V 2NO = 2 2 10,47 . 2567.2,054 NO NO M B   1,99.10 -3 c) Lượng N2 tham gia vào phản ứng của NO2 V 2N = 0,5 .V 2NO = 0,5.1,99.10 -3 0,99.10 -3 d) Lượng O2 tham gia vào phản ứng của NO2 V 2O = V 2NO 1,99.10 -3 11 Tổng lượng sản phẩm cháy ở đktc VSPC = V 2SO + V CO + V 2CO + V O2H + V 2N +V 2O +V 2NO - V 2N ( 2NO )-V 22 (NOO ) 9,034 Vậy thể tích sản phẩm cháy của lò đốt trong mùa hè là: VSPC = 9,034 m 3/h. Lưu lượng khói thải ứng với khi đốt cháy nhiên liệu Bột than được xác định phụ thuộc vào nhiệt độ của khói thải và được tính toán trong điều kiện thực tế theo công thức sau đây : Đồ án MTKK và XLKT GVHD: PGS-TS: Nguyễn Quỳnh Hương - 9 ---------------------------- L£ ANH TUÊN 49 dt MSSV: 6269 49-------------- 273 )t273( . 3600 B.V L SPCT   (273 ) 9,034 2567 (273 120) 3600 273 3600 273 H SPC T V B t L        = 9,27( m 3 /s) 1.2.2. Tính cho mùa đông 1.2.2.1.Tính cho lò điện Bảng 1-6: Sản phẩm cháy tính cho mùa đông TT Đại lượng tính Công thức tính toán Kết quả (m 3chuẩn/ kgNL) 01 Lượng không khí khô lý thuyết V0=0,089Cp+0,264 Hp-0,0333(Op- Sp) =0,089.61,4+0,264.1,93-0,0333.(2,63-0,7) 5,91 02 Lượng không khí ẩm lý thuyết d =20 g/kg Va= ( 1 + 0,0016d )V0 = ( 1 + 0,0016.10 ) .5,91 6,0 03 Lượng không khí ẩm thực tế (α =1,4) VT = α .Va = 1,4.6,0 8,41 04 Lượng SO2 trong sản phẩm cháy V 2SO = 0,683.10 -2 .Sp = 0,683.10 -2 .0,7 4,78.10 -3 05 Lượng CO trong SPC (η =0,01) V CO = 1,865.10 -2. η.Cp =1,865.10 -2 .0,01.61,4 1,145.10 -2 Đồ án MTKK và XLKT GVHD: PGS-TS: Nguyễn Quỳnh Hương - 10 ---------------------------- L£ ANH TUÊN 49 dt MSSV: 6269 49-------------- 06 Lượng CO2 trong SPC (η =0,01 ) V 2CO = 1,865.10 -2 .(1- η).Cp =1,865.10 -2 .(1-0,01).61,4 1,13 07 Lượng hơi nước trong SPC V O2H =0,111.Hp+0,0124.Wp+0,0016.d.Vt = =0,111.1,93+0,0124.7+0,0016.10.8,41 0,435 08 Lượng N2 trong sản phẩm cháy V 2N = 0,8.10 -2 .Np+0,79. VT = = 0,8.10 -2 .0,34+0,79.8,41 6,644 09 Lượng O2 trong SPC V 2O = 0,21.( α-1 )Va = 0,21.( 1,4 – 1 ).6,0 0,504 10 a) Lượng NOx trong sản phẩm cháy (Xem như NO2) MNO2= 3,953.10 -8 .(B.QP) 1,18 = 3,953.10 -8 .(1890.5356) 1,18 7,3 b) Quy đổi ra m3 tiêu chuẩn/kgnl ρNO2=2,054kg/m 3 V 2NO = 2 2 7,3 . 1890.2,054 NO NO M B   1,88.10 -3 c) Lượng N2 tham gia vào phản ứng của NO2 V 2N = 0,5 .V 2NO = 0,5.1,88.10 -3 0,94.10 -3 d) Lượng O2 tham gia vào phản ứng của NO2 V 2O = V 2NO 1,88.10 -3 11 Tổng lượng sản phẩm cháy ở đktc VSPC = V 2SO + V CO + V 2CO + V O2H + V 2N +V 2O +V 2NO - V 2N ( 2NO )-V 22 (NOO ) 8,73 Đồ án MTKK và XLKT GVHD: PGS-TS: Nguyễn Quỳnh Hương - 11 ---------------------------- L£ ANH TUÊN 49 dt MSSV: 6269 49-------------- Vậy thể tích sản phẩm cháy của lò đốt trong mùa hè là: VSPC = 8,73 m 3/h. Lưu lượng khói thải ứng với khi đốt cháy nhiên liệu Bột than được xác định phụ thuộc vào nhiệt độ của khói thải và được tính toán trong điều kiện thực tế theo công thức sau đây : 273 )t273( . 3600 B.V L SPCT   (273 ) 8,73 1890 (273 90) 3600.2 273 3600 2 273 H SPC T V B t L         = 3,05( m 3 /s) 1.2.2.2.Tính cho lò nung phôi Bảng 1-7: Sản phẩm cháy tính cho mùa đông TT Đại lượng tính Công thức tính toán Kết quả (m 3chuẩn/ kgNL) 01 Lượng không khí khô lý thuyết V0=0,089Cp+0,264 Hp-0,0333(Op- Sp) =0,089.61,4+0,264.1,93-0,0333.(2,63-0,7) 5,91 02 Lượng không khí ẩm lý thuyết d =20 g/kg Va= ( 1 + 0,0016d )V0 = ( 1 + 0,0016.10 ) .5,91 6,0 03 Lượng không khí ẩm thực tế (α =1,4) VT = α .Va = 1,4.6,0 8,41 04 Lượng SO2 trong sản phẩm cháy V 2SO = 0,683.10 -2 .Sp = 0,683.10 -2 .0,7 4,78.10 -3 Đồ án MTKK và XLKT GVHD: PGS-TS: Nguyễn Quỳnh Hương - 12 ---------------------------- L£ ANH TUÊN 49 dt MSSV: 6269 49-------------- 05 Lượng CO trong SPC (η =0,01 V CO = 1,865.10 -2. η.Cp =1,865.10 -2 .0,01.61,4 1,145.10 -2 06 Lượng CO2 trong SPC (η =0,01 ) V 2CO = 1,865.10 -2 .(1- η).Cp =1,865.10 -2 .(1-0,01).61,4 1,13 07 Lượng hơi nước trong SPC V O2H =0,111.Hp+0,0124.Wp+0,0016.d.Vt = =0,111.1,93+0,0124.7+0,0016.10.8,41 0,435 08 Lượng N2 trong sản phẩm cháy V 2N = 0,8.10 -2 .Np+0,79. VT = = 0,8.10 -2 .0,34+0,79.8,568 6,64 09 Lượng O2 trong SPC V 2O = 0,21.( α-1 )Va = 0,21.( 1,4 – 1 ).6,0 0,504 10 a) Lượng NOx trong sản phẩm cháy (Xem như NO2) MNO2= 3,953.10 -8 .(B.QP) 1,18 = 3,953.10 -8 .(2567.5356) 1,18 10,47 b) Quy đổi ra m3 tiêu chuẩn/kgnl ủNO2=2,054kg/m 3 V 2NO = 2 2 10,47 . 2567.2,054 NO NO M B   1,99.10 -3 c) Lượng N2 tham gia vào phản ứng của NO2 V 2N = 0,5 .V 2NO = 0,5.1,99.10 -3 0,99.10 -3 d) Lượng O2 tham gia vào phản ứng của NO2 V 2O = V 2NO 1,99.10 -3 Đồ án MTKK và XLKT GVHD: PGS-TS: Nguyễn Quỳnh Hương - 13 ---------------------------- L£ ANH TUÊN 49 dt MSSV: 6269 49-------------- 11 Tổng lượng sản phẩm cháy ở đktc VSPC = V 2SO + V CO + V 2CO + V O2H + V 2N +V 2O +V 2NO - V 2N ( 2NO )-V 22 (NOO ) 8,73 Vậy thể tích sản phẩm cháy của lò đốt trong mùa hè là: VSPC = 8,73 m 3/h. Lưu lượng khói thải ứng với khi đốt cháy nhiên liệu Bột than được xác định phụ thuộc vào nhiệt độ của khói thải và được tính toán trong điều kiện thực tế theo công thức sau đây : 273 )t273( . 3600 B.V L SPCT   (273 ) 8,73 2567 (273 120) 3600 273 3600 273 H SPC T V B t L        = 8,96( m 3 /s) 1.2.3. Tổng kết lƣu lƣợng khói thải Bảng 1-8 tổng kết lưu lượng của ống khói lò đốt: TT Loại nguồn thải (Mùa) Số lƣợng nguồn thải Chiều cao (m) Đƣờng kính ống khói (m) Nhiệt độ khói thải ( 0 C) Lƣu lƣợng (m 3 /s) 1 Lò điện Mùa hè 02 50 4 90 3,15 Mùa đông 3,05 Đồ án MTKK và XLKT GVHD: PGS-TS: Nguyễn Quỳnh Hương - 14 ---------------------------- L£ ANH TUÊN 49 dt MSSV: 6269 49-------------- 1 Lò nung Mùa Hè 01 48 1,8 120 9,27 M.Đông 8,96 1.3. TÍNH TOÁN TẢI LƢỢNG CÁC CHẤT Ô NHIỄM Tải lượng các chất ô nhiễm được tính toán và cho trong bảng tính sau : Bảng 1-9: Tải lượng các chất ô nhiễm do đốt cháy nhiên liệu than của 1 lò điện TT Đại lƣợng tính Công thức Kết quả (g/s) 01 Tải lượng SO2 với 2SO  =2,926 kg/m 3chuẩn 2 2 2 310 . . . 3600 2 SO SO SO V B M    2 3 310 4,78 10 1890 2,962 3600 2 SOM       3,7165 02 Tải lượng CO với ρCO=1,25 kg/m 3chuẩn 310 . . . 3600 2 CO CO CO V B M    3 310 11,45 10 1890 1,25 3600 2 COM       3,757 03 Tải lượng CO2 với 2CO  =1,977 kg/m 3chuẩn 2 2 2 310 . . . 3600 2 CO CO CO V B M    2 310 1,134 1890 1,977 3600 2 COM      588,5 04 Tải lượng NO2 2 2 3 310 . 10 .7,3 3600 2 3600 2 NO NO M M     1,015 05 Tải lượng bụi với a=0,5 10. . . 10.0,5.26.1890 3600 2 3600 2 P Bui a A B M     34,125 Đồ án MTKK và XLKT GVHD: PGS-TS: Nguyễn Quỳnh Hương - 15 ---------------------------- L£ ANH TUÊN 49 dt MSSV: 6269 49-------------- Chú ý: Đối với lò điện khi 1 tấn nhiên liệu đốt thì phát sinh thêm 9,75 kg CO vì vậy tải lượng CO thực tế là: Mtt =Mco + Mps 9,75 / 90 / 1000 243,75 3600 ps kg T T h M     (g/s) 3,757 243,75 247,507ttM    (g/s) Mặt khác do đốt trong lò điện có sinh thêm lượng CO nên ta cấp thêm một lượng không khí là 40m 3chuẩn/tấn sản phẩm - Tính cho mùa hè: 0 0 0 90 O C O C O C tt psL L L  0 3 340 / tan 90tan / 3600 /O C ps sp spL m h m h   0 3 /3600 8525 12128O Ctt hL m   0090 3 3(273 90) 16126 / 4,48 / 273 O C C tt tt m h m s L L      -Tính cho mùa đông: 0 0 0 90 O C O C O C tt psL L L  0 3 340 / tan 90tan / 3600 /O C ps sp spL m h m h   0 3 /3600 8258 11858O Ctt hL m   0090 3 3(273 90) 15767 / 4,38 / 273 O C C tt tt m h m s L L      Bảng 1-9: Tải lượng các chất ô nhiễm do đốt cháy nhiên liệu than của lò nung phôi Đồ án MTKK và XLKT GVHD: PGS-TS: Nguyễn Quỳnh Hương - 16 ---------------------------- L£ ANH TUÊN 49 dt MSSV: 6269 49-------------- TT Đại lƣợng tính Công thức Kết quả (g/s) 01 Tải lượng SO2 với 2SO  =2,926 kg/m 3chuẩn 2 2 2 310 . . . 3600 SO SO SO V B M   2 3 310 4,78 10 2567 2,962 3600 SOM      10,096 02 Tải lượng CO với ρCO=1,25 kg/m 3chuẩn 310 . . . 3600 CO CO CO V B M   3 310 11,45 10 2567 1,25 3600 COM      10,205 03 Tải lượng CO2 với 2CO  =1,977 kg/m 3chuẩn 2 2 2 310 . . . 3600 CO CO CO V B M   2 310 1,134 2567 1,977 3600 COM     1598,6 04 Tải lượng NO2 2 2 3 310 . 10 .10,47 3600 3600 NO NO M M   2,908 05 Tải lượng bụi với a=0,5 10. . . 10.0,5.26.2567 3600 3600 P Bui a A B M   92,7 1.4. TÍNH TOÁN NỒNG ĐỘ PHÁT THẢI CÁC CHẤT Ô NHIỄM Nồng độ phát thải của các chất gây ô nhiễm phụ thuộc vào nguồn phát thải, đồng thời phụ thuộc vào mùa trong năm: 1.4.1. Mùa hè Bảng 2-0: Nồng độ các chất độc hại tính cho mùa hè Đồ án MTKK và XLKT GVHD: PGS-TS: Nguyễn Quỳnh Hương - 17 ---------------------------- L£ ANH TUÊN 49 dt MSSV: 6269 49-------------- TT Loại lò Đại lƣợng tính Công thức tính toán Kết quả (g/s) g/m 3 mg/m 3 01 Lò điện Nồng độ SO2 2 2 SO SO LN T M C L  0,8296 829,6 Lò nung 1,089 1089 02 Lò điện Nồng độ CO CO CO LN T M C L  55,25 55,25.10 3 Lò nung 1,1009 1100,9 03 Lò điện Nồng độ CO2 2 2 CO CO LN T M C L  131,36 131,36.10 3 Lò nung 172,45 172,45.10 3 04 Lò điện Nồng độ NO2 2 2 NO NO LN T M C L  0,226 226 Lò nung 0,314 314 05 Lò điện Nồng độ bụi bui Bui LN T M C L  7,62 7620 Lò nung 10 10 4 1.4.2. Mùa đông Bảng 2-1: Nồng độ các chất độc hại tính cho mùa đông TT Loại lò Đại lƣợng tính Công thức tính toán Kết quả (g/s) g/m 3 mg/m 3 01 Lò điện Nồng độ SO2 2 2 SO SO LN T M C L  0,8485 848,5 Đồ án MTKK và XLKT GVHD: PGS-TS: Nguyễn Quỳnh Hương - 18 ---------------------------- L£ ANH TUÊN 49 dt MSSV: 6269 49-------------- Lò nung 1,127 1127 02 Lò điện Nồng độ CO CO CO LN T M C L  56,5 56,5.10 3 Lò nung 1,139 1139 03 Lò điện Nồng độ CO2 2 2 CO CO LN T M C L  134,36 134,36.10 3 Lò nung 178,4 178,4.10 3 04 Lò điện Nồng độ NO2 2 2 NO NO LN T M C L  0,232 232 Lò nung 0,3245 324,5 05 Lò điện Nồng độ bụi Bui Bui LN T M C L  7,791 7791 Lò nung 10,346 10,346.10 3 I.5. SO SÁNH VỚI TCVN VỀ NỒNG ĐỘ THẢI TẠI NGUỒN CỦA CÁC CHẤT Ô NHIỄM Để so sánh với tiêu chuẩn nguồn thải tại nguồn cho từng nhà máy phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố về các thông số nguồn thải xét ở điều kiện tiêu chuẩn, đó là:  Công nghệ sản xuất: Cấp B I.1.4. I.5.1.Tính cho lò điện:  Lưu lượng khói thải: tính ở 900C đổi sang ở điều kiện 00C + Mùa hè: L90 = 4,48 m 3 /s = 16128 m 3 /h, LTC = 90 273 . 273 90 L   12129,3 m 3 /h + Mùa đông: L = 4,38 m3/s = 15768 m3/h, LTC = 90 273 . 273 90 L   11858,6 m 3 /h Đồ án MTKK và XLKT GVHD: PGS-TS: Nguyễn Quỳnh Hương - 19 ---------------------------- L£ ANH TUÊN 49 dt MSSV: 6269 49-------------- Do tải lượng và lưu lượng khí thải thay đổi theo nhiệt độ theo cùng một phương trình nên nồng độ của các chất độc hại là không thay đổi. Lưu lượng khói thải trong cả hai mùa đều có 5000 m3/h < L <20000→kp=1;  Địa điểm xây dựng: Thuộc vùng nông thôn Hà Nội, kv=1,2 Dựa vào TCVN 6991-2001 đối với các chất khí độc hại, riêng đối với bụi dựa vào tiêu chuẩn mới là TCVN 5939 -2005. So sánh với tiêu chuẩn, nếu nồng độ vượt quá tiêu chuẩn thì bắt buộc phải xử lí trước khi thải ra môi trường xung quanh và ngược lại, nếu thấp hơn hoặc bằng thì không cần phải xử lí. Xem xét trong cả hai mùa và lập thành bảng sau: I.5.1.1. Xét trong mùa hè Bảng 1-9: So sánh với TC thải cho mùa hè TT Chất ô nhiễm Cmax=C.kp.kv (mg/m 3 ) Nồng độ (mg/m 3 ) Kết luận 1 SO2 600 829,6 Phải XL 2 CO 1200 55,25.10 3 Phải XL 3 CO2 Không quy định 131,36.10 3 Không XL 4 NO2 1020 226 Không XL 5 Bụi 240 7620 Phải XL I.5.1.2. Xét trong mùa đông Bảng 1-9: So sánh với TC thải cho mùa đông Đồ án MTKK và XLKT GVHD: PGS-TS: Nguyễn Quỳnh Hương - 20 ---------------------------- L£ ANH TUÊN 49 dt MSSV: 6269 49-------------- TT Chất ô nhiễm Cmax=C.kp.kv (mg/m 3 ) Nồng độ (mg/m 3 ) Kết luận 1 SO2 600 848,5 Phải XL 2 CO 1200 56,5.10 3 Phải XL 3 CO2 Không quy định 134,36.10 3 Không XL 4 NO2 1020 232 Không XL 5 Bụi 240 7791 Phải XL I.1.5. I.5.2.Tính cho lò nung:  Lưu lượng khói thải: tính ở 1200C đổi sang ở điều kiện 00C + Mùa hè: L120 = 9,27 m 3 /s = 33372 m 3 /h, LTC = 120 273 . 273 120 L   23182 m 3 /h + Mùa đông: L120 = 8,96 m 3 /s = 32256 m 3 /h, LTC = 120 273 . 273 120 L   22407 m 3 /h Do tải lượng và lưu lượng khí thải thay đổi theo nhiệt độ theo cùng một phương trình nên nồng độ của các chất độc hại là không thay đổi. Lưu lượng khói thải trong cả hai mùa đều có 20000 < L < 100000 m3/h→kp=0,9  Địa điểm xây dựng: Thuộc vùng nông thôn Hà Nội, kv=1,2 Dựa vào TCVN 6991-2001 đối với các chất khí độc hại, riêng đối với bụi dựa vào tiêu chuẩn mới là TCVN 5939 -2005. So sánh với tiêu chuẩn, nếu nồng độ vượt quá tiêu chuẩn thì bắt buộc phải xử lí trước khi thải ra môi trường xung quanh và ngược lại, nếu thấp hơn hoặc bằng thì không cần phải xử lí. Xem xét trong cả hai mùa và lập thành bảng sau: Đồ án MTKK và XLKT GVHD: PGS-TS: Nguyễn Quỳnh Hương - 21 ---------------------------- L£ ANH TUÊN 49 dt MSSV: 6269 49-------------- I.5.1.1. Xét trong mùa hè Bảng 1-9: So sánh với TC thải cho mùa hè TT Chất ô nhiễm Cmax=C.kp.kv (mg/m 3 ) Nồng độ (mg/m 3 ) Kết luận 1 SO2 540 1089 Phải XL 2 CO 1080 1100,9 Phải XL 3 CO2 Không quy định 172,45.10 3 Không XL 4 NO2 918 314 Không XL 5 Bụi 216 104 Phải XL I.5.1.2. Xét trong mùa đông Bảng 1-9: So sánh với TC thải cho mùa đông TT Chất ô nhiễm Cmax=C.kp.kv (mg/m 3 ) Nồng độ (mg/m 3 ) Kết luận 1 SO2 540 1127 Phải XL 2 CO 1080 1139 Phải XL 3 CO2 Không quy định 178,4.10 3 Không XL 4 NO2 918 324,5 Không XL 5 Bụi 216 10,345.103 Phải XL Đồ án MTKK và XLKT GVHD: PGS-TS: Nguyễn Quỳnh Hương - 22 ---------------------------- L£ ANH TUÊN 49 dt MSSV: 6269 49-------------- 1.5.3. Kết luận Nhìn vào bảng tổng hợp số liệu ta thấy có 2 thành phần SO2, CO, bụi là phải xử lí trước khi xả ra môi trường xung quanh xét trong cả hai mùa. I.6 KIỂM TRA CHIỀU CAO ỐNG KHÓI : I.1.6. I.6.1.Tính ống khói lò điện Chiều cao ống khói được tính theo biểu thức: 0,65.( )e o m tH H H H   Trong đó: Hm : Là độ nâng luồng khói do khí thải phụt ở to=90oc. Ht:Là độ nâng của luồng khói do trênh lệch t o . Ho:Chiều cao thực tế của ống khói. He:chiều cao ống khí tính kiểm tra. 0,795. . 2,58 1 m QV H V   Trong đó : Q :Lượng khí thải (m3/phut) ở điều kiện to=ooc. V:Tốc độ phụt của khí thải,( m/s) 2 . 2 Q V d         1 1 2 1. 2 Q V d         = 2 4,48 4,0 . 2        =0,356 (m/s) 2 2 2 2. 2 Q V d         = 2 9,27 1,8 . 2        =3,64 (m/s) Đồ án MTKK và XLKT GVHD: PGS-TS: Nguyễn Quỳnh Hương - 23 ---------------------------- L£ ANH TUÊN 49 dt MSSV: 6269 49-------------- 1 0,795 268,8 0,356 2,58 1 0,356 mH     =0,94 m 2 0,795. 556,2 3,64 2,58 1 3,64 mH    =20,93 m Độ nâng của luông khói do trênh lệch to : 3 12,01.10 . .( 288)(2,3lg 1)tH Q T J J     Trong đó : T: nhiệt độ tuyệt đối của khí thải ,ok J:Thông số hiệu chỉnh phụ thuộc vào nhiệt độ khí thải ,J được xác định như sau: 1 . 1460 296. 1 288. V J TQV         1 1 0,356 . 1460 296. 1 363 288268,8 0,356 J          =150,1 1 3 12,01 10 268,8 (363 288)(2,3lg150,1 1) 150,1 tH        = 162,3 m 2 1 3,64 1460 296. 1 363 288556,2 3,64 J           =33,1 2 3 12,01 10 556,2(363 288)(2,3lg33,1 1) 33,1 tH       = 46,1 m Chiều cao ống khói kiểm tra lò điện: 1 1 1 10,65.( )e o m tH H H H   =50+0,65(0,94+162,3)=156,1 m Chiều cao ống khói kiểm tra lò nung: 2 2 2 20,65.( )e o m tH H H H   =48+0,65(20,93+46,1)=91,57 m Xác định hệ số thải khí mà ống khói có khả năng phát tán : q 3.10 . eq k H  Đồ án MTKK và XLKT GVHD: PGS-TS: Nguyễn Quỳnh Hương - 24 ---------------------------- L£ ANH TUÊN 49 dt MSSV: 6269 49-------------- Trong đó : K : Hệ số đặc trưng theo quy định kiểm soát môi trương không khí của Nhật : k=17,5 3 1 1 .10 . eq k H  = -317,5 10 156,1  =27,3 (N.m 3 /h) 3 2 2 .10 . eq k H  =17,5.10 -3 .91,57=16,02 (N.m 3 /h) Xác định hệ số phát thải theo yêu cầu (đối với khí SO2) 0,7.( ). 100 S q F  ( N.m 3 /h) Trong đó : S: Hàm lượng lưu huỳnh của nhiên liệu đốt,% F: Lượng nhiên liệu đốt, kg/h 1 1 10,7.( ). 100 S q F  = 0,7 0,7 ( ) 1890 100   =9,26 ( N.m 3 /h) 2 2 20,7.( ). 100 S q F  = 0,7 0,7 ( ) 2567 100   =12,57 ( N.m 3 /h) Ta thấy q1 > q ’ 1 ; q2 > q ’ 2 thỏa mãn điều kiện phát thải CHƢƠNG II: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC CÔNG TRÌNH XỬ LÝ II.1. LỰA CHỌN PHƢƠNG PHÁP XỬ LÝ Có rất nhiều phương pháp xử lý các chất ô nhiễm khác nhau, đó là các phương pháp: phương pháp hấp thụ, phương pháp hấp phụ, phương pháp đốt, phương pháp ngưng tụ, phương pháp sinh học.. Tuy nhiên ở đây, với những chất ô nhiễm này ta quan tâm tới 3 phương pháp xử lý đầu tiên. Sơ bộ lựa chọn phương pháp đốt để xử lý CO và phương pháp hấp thụ để xử lý SO2. Đồ án MTKK và XLKT GVHD: PGS-TS: Nguyễn Quỳnh Hương - 25 ---------------------------- L£ ANH TUÊN 49 dt MSSV: 6269 49-------------- Để xử lý đạt hiệu quả cao thì trình tự xử lý các chất sao cho phải bổ sung cho nhau. Để rõ hơn về điều đó thì phải biết được công nghệ xử lý của từng chất. + Với chất CO, biện pháp tối ưu và thông dụng nhất là dùng buồng đốt để đốt kiệt, chuyển khí ban đầu thành khí CO2 ít độc hại hơn . + Với SO2 : cũng có rất nhiều phương pháp xử lý như: phương pháp hấp thụ bằng dung dịch sữa vôi hay nước, phương pháp hấp phụ .. Tuy nhiên phương pháp thông dụng và phù hợp nhất hiện nay là hấp thụ bằng sữa vôi. Trước khi khí thải từ lò đốt CO đến tháp hấp thụ được làm mát để giảm nhiệt độ về nhiệt độ phù hợp. Như vậy trình tự xử lý như sau: CO  SO2 + Với bụi: có hai phương pháp là dùng buồng lắng hoặc dùng thiết bị lọc bụi kiểu quán tính II.2. PHƢƠNG PHÁP XỬ LÍ KHÍ CO Phương pháp xử lý CO được sử dụng là phương pháp thiêu đốt có buồng đốt, do nhiệt độ khói sau nguồn thải là 2500C < 8000C nên để đốt được phải mồi bằng không khí và ở nhiệt độ cháy được. Ta cũng lưu ý CO là một khí có khả năng cháy nổ cao khi đạt được một giá trị nồng độ nằm trong khoảng cháy nổ của nó là : 12% - 74% về thể tích, mà thể tích của CO trong khói thải rất bé trong khi lưu lượng khói thải rất lớn, do đó nồng độ CO luôn nằm dưới giới hạn nổ. Khi đốt cháy CO cần quan tâm phương trình phản ứng như sau: 2CO + O2 = 2CO2 II.2.1.1. Tính toán lƣợng Ôxi cần thiết để đốt cháy khí CO Từ phản ứng đốt cháy ở trên, lượng O2 cần thiết để đốt cháy hoàn toàn 1m 3 CO bằng 0,5 m3. Theo đầu bài lượng khí CO cần phải xử lý ở cả hai mùa tính cho một m3 thể tích khói thải. *) Lò điện Đồ án MTKK và XLKT GVHD: PGS-TS: Nguyễn Quỳnh Hương - 26 ---------------------------- L£ ANH TUÊN 49 dt MSSV: 6269 49-------------- Mùa Chất ô nhiễm Cmax(mg/m 3 ) Nồng độ (mg/m 3 ) Cần XL (mg/m 3 ) Mùa hè CO 1200 55,25.10 3 54050 Mùa đông CO 1200 56,5.103 55300 H 3 -6 CO 3M =54050 mg/m 871,7 /16128m /h 10 kg h  D 3 -6 CO 3M =55300 mg/m 871,97 /15768m /h 10 kg h  *) Lò nung Mùa Chất ô nhiễm Cmax (mg/m 3 ) Nồng độ (mg/m 3 ) Cần XL (mg/m 3 ) Mùa hè CO 1080 1100,9 20,9 Mùa đông CO 1080 1139 59 Lượng O2 và không khí cần thiết để đốt cháy lượng CO tính cho 1m 3 khí thải và tính cho toàn bộ lưu lượng thải trong cả hai mùa, biết để đốt cháy hết 56 g CO thì cần 32 g O2: 1. Lò điện: *) Mùa Hè m = 54050. 56 32 = 30886 mg O2/m 3 KT Do đó tính cho toàn bộ lượng khói thải thì lượng O2 là: 2O M = L90 m = 33 -616128m /h 30886mg/m 10 KT  = 498 kg/h *) Mùa Đông Đồ án MTKK và XLKT GVHD: PGS-TS: Nguyễn Quỳnh Hương - 27 ---------------------------- L£ ANH TUÊN 49 dt MSSV: 6269 49-------------- m = 55300. 56 32 = 31600 mg O2/m 3 KT Do đó tính cho toàn bộ lượng khói thải thì lượng O2 là: 2O M = L90  m = 33 -615768m /h 31600mg/m 10 KT  = 498 kg/h Theo kết quả tính toán ở trên ta thấy lượng O2 cần thiết để dập CO ở 2 mùa như nhau,Mặt khác lưu lượng khói thải về mùa hè cũng lớn hơn, do đó khi tính toán thiết bị để đốt CO thì ta tính cho mùa hè, không cần kiểm tra về mùa đông. Trong khi đó lượng Ôxi có trong khí thải từ lò đốt ở điều kiện nhiệt độ khói thải: 0,86.B. 273 90 273  = 0,86.1890. 273 90 273  = 2191,2 m 3 /h Biết khối lượng riêng của O2 là: = 1,428 kg/m 3 , khối lượng Ôxi có trong khí thải là: M = Vx = 2191,2  1,428 = 3086,2 kg/h Ta nhận thấy lượng Ôxi có sẵn trong khói thải lớn hơn nhiều so với lượng Ôxi cần thiết để đốt cháy CO có trong khói thải, do đó không cần phải cung cấp thêm Ôxi trong quá trình đốt. Để CO cháy được phải cung cấp một lượng nhiên liệu đốt bổ sung (nhiên liệu mồi). 1. Lò nung: *) Mùa Hè m = 20,9. 56 32 = 11,94 mgO2/m 3 KT Do đó tính cho toàn bộ lượng khói thải thì lượng O2 là: M = L.m = 23182.11,94.10 -6 = 0,276 kg/h *) Mùa Đông m = 59. 56 32 = 33,7 mgO2/m 3 KT Do đó tính cho toàn bộ lượng khói thải thì lượng O2 là: Đồ án MTKK và XLKT GVHD: PGS-TS: Nguyễn Quỳnh Hương - 28 ---------------------------- L£ ANH TUÊN 49 dt MSSV: 6269 49-------------- 2O M = L.m = 22407 m 3 /h.  33,7  10 -6 kgO2/m 3 KT = 0,75 kg/h Theo kết quả tính toán ở trên ta thấy lượng O2 cần thiết để dập CO ở mùa hè nhỏ hơn so với mùa đông, trong khi lưu lượng khói thải về mùa hè lại lớn hơn, do đó khi tính toán thiết bị để đốt CO thì ta tính cho mùa hè, đồng thời kiểm tra về mùa đông. Trong khi đó lượng Ôxi có trong khí thải từ lò đốt ở điều kiện nhiệt độ khói thải: 0,86.B. 273 120 273  = 0,86.2567. 273 120 273  = 3178 m 3 /h Biết khối lượng riêng của O2 là: = 1,428 kg/m 3 , khối lượng Ôxi có trong khí thải là: M = Vx = 3178  1,428 = 4538,2 kg/h Ta nhận thấy lượng Ôxi có sẵn trong khói thải lớn hơn nhiều so với lượng Ôxi cần thiết để đốt cháy CO có trong khói thải, do đó không cần phải cung cấp thêm Ôxi trong quá trình đốt. Để CO cháy được phải cung cấp một lượng nhiên liệu đốt bổ sung (nhiên liệu mồi). II.2.1.2. Tính toán cho buồng đốt CO Các thông số khi đốt cháy CO trong buồng đốt như sau [7]:  Nhiệt độ trong buồng đốt khi chất đốt là CO bằng 680-8000C.  Vận tốc của khí trong buồng đốt dao động trong khoảng 5-8 m/s.  Thời gian lưu khí thải trong buồng đốt : 0,2- 0,5 s. Xét lò điện *) Xác định đường kính của thiết bị khử CO Lưu lượng không khí dùng để dập CO chính là lưu lượng khói thải.Sử dụng công nghệ đốt của Nhật ,nguyên lí hoạt động của thiết bị như sau : Khí CO được sấy nóng trước khi cho vào buồng đốt qua thiết bị tận dụng nhiệt (Waste heat recovery box) , tại đây CO được trộn cùng khí nhiên liệu (gas).Gas được đưa vào buồng đốt qua mỏ đốt ,hỗn hợp gas ,CO được đốt cháy trong buồng đốt đến nhiệt độ 600-800 C.Taị đây CO tác dụng với O 2 tao thành CO 2 được thải ra ngoài. Đồ án MTKK và XLKT GVHD: PGS-TS: Nguyễn Quỳnh Hương - 29 ---------------------------- L£ ANH TUÊN 49 dt MSSV: 6269 49-------------- Theo tính toán trên lưu lượng khói thải đem đi đốt tại nhiệt độ khói 90 0 C là L = 4,48 (m 3 /s) = 268,8 (m 3 /phút) = 16128 (m 3 /h),để chọn thiết bị đốt ta dựa vào lưu lượng khí thải tính thêm 5 % lưu lượng dự trữ cho thiết bị. Dựa vào bảng thông số kĩ thuật của nhà sản xuất cung cấp ta chon đươc buồng đốt hợp lí là : Model OD -100 Model Lượng khí thải Nhiệt tiêu thụ Kích Thước(mm) (m3/p) (Kcal/h) A B C D OD -020 20 288,000 4780 970 1900 1040 OD -030 30 415,000 4930 1100 2050 1190 OD -050 50 632,000 5140 1270 2600 1410 OD -070 70 834,000 5240 1410 2900 1580 OD -100 100 1,300,000 5470 1460 3100 1790 OD -150 150 1,896,000 5860 1760 3500 2050 OD -200 200 2,528,000 6180 1920 3600 2260 OD -300 300 3,793,000 7520 2150 4000 2550 OD -400 400 5,058,000 7950 2350 4450 2780 OD -500 500 6,323,000 8490 2450 4800 2920 Đồ án MTKK và XLKT GVHD: PGS-TS: Nguyễn Quỳnh Hương - 30 ---------------------------- L£ ANH TUÊN 49 dt MSSV: 6269 49-------------- Bản vẽ lò đốt CO: Tính lƣợng gas cần cung cấp cho lò đốt : Chọn nhiệt độ trong buồng đốt là 700 C ,qua thiết bị tận dụng nhiệt khói thải được sấy nóng trước khi được đưa vào buồng đốt ,khói thải từ buồng đốt qua thiết bi tận dụng nhiêt có nhiệt độ t = 150 0C (nhiệt độ giới hạn của khói khi vào thiết bị lọc bụi tiếp theo). Tính nhiệt độ của khói ra: ói ói ói ói ra700 90 kh kh kh kh raQ Q Q Q   700 90 150 'k k raào L ào ào ào àok k k k k k k k rav v v v vL c t L c t L c t L c t           ra16128 0,296 700 16128 0,255 90 16128 16128 0,259 150kc t          rakc t =191,3 Trong đó: L k vào =16128 m 3/h Lưu lượng khói vào L k vào =16128 m 3 /h Lưu lượng khói ra Đồ án MTKK và XLKT GVHD: PGS-TS: Nguyễn Quỳnh Hương - 31 ---------------------------- L£ ANH TUÊN 49 dt MSSV: 6269 49-------------- tL =700 0 C nhiệt độ buồng đốt lò ck = 1,239 kj/kg.K = 1,239 0,296 4,187  Kcal/kg. 0 C Để đảm bảo quá trình đốt CO không gây ô nhiễm ở đây ta đốt bằng gas ,nhiệt trị cần để đốt lượng CO về tiêu chuẩn cho phép là: Q = M.Cp. (t2-t1) , ( Kcal/h ) Trong đó : - M là tải lượng CO cần đốt (kg/h), M = 871,97 kg/h; - Cp là nhiệt dung riêng của CO ở điều kiện thực tế 700 0C(kcal/kg.độ) lấy bằng giá trị của khói thải (bảng 3-phụ lục II sách thông gió và kỹ thuật xử lý khí thải): Cp = 1,239 kJ/kg.K = 187,4 239,1 = 0,296 Kcal/kg.độ - t1, t2 là nhiệt độ khói thải đi vào buồng đốt và nhiệt độ cháy kiệt CO trong buồng đốt do tận dụng nhiệt nên : t1 =300 0 C, t2 = 700 0 C Q = 871,97 0,296 (700-300) =103241,2 (kcal/h)  Đổi ra năng lượng điện ta có : Q = 103241,2 (kcal/h) 1,163 =120069,5 W = 120,069 KW II.3. Tính toán lọc bụi II.3.1. Lựa chọn phƣơng pháp xử lý : - Buồng lắng bụi - Thiết bị lọc bụi kiểu quán tính - Thiết bị lọc bụi kiểu li tâm – xyclon - Lưới lọc bụi bằng vải, lưới thép, giấy, vật liệu rỗng bằng khâu sứ ... - Thiết bị lọc bụi bằng điện Các nhóm thiết bị trên đều có 2 loại : khô và ướt Đồ án MTKK và XLKT GVHD: PGS-TS: Nguyễn Quỳnh Hương - 32 ---------------------------- L£ ANH TUÊN 49 dt MSSV: 6269 49-------------- Trong các thiết bị trên thì thiết bị lọc bụi bằng xyclon được sử dụng rộng rãi, có hiệu quả lọc bụi cao đồng thời chi phí vận hành thấp, đảm bảo các yêu cầu đề ra, do vây, ta chọn thiết bị xyclon làm thiết bị xử lý bụi trong nhà máy này. Xyclon là thiết bị lọc bụi trong đó hình thành lực ly tâm để tách bụi ra khỏi không khí. Không khí vào phần trên của xyclon với vận tốc lớn theo chiều tiếp tuyến với vỏ hình trụ , do đó dòng không khí chuyển động xoắn ốc. Khi hạ xuống đáy thiết bị không khí bị đẩy lên và tiếp tục chuyển động xoắn ốc, thoát ra ngoài qua ống giữa. Trong quá trình dòng không khí chuyển động xoắn ốc, các hạt bụi do lực li tâm sẽ văng ra khỏi dòng không khí, đập vào thành thiết bị và rơi xuống đấy hình phễu. Tính toán thiết bị : Theo tính toán ở trên, ta thấy hàm lượng bụi ở các lò vào mùa đông lớn hơn mùa hè, do vậy ta sẽ tính toán thiết bị cho mùa đông. Chất ô nhiễm Lò điện Cần XL Lò nung Cần XL Bụi 7791 7551 10345 10129 II.3.2. Lò điện : Với lưu lượng L = 15768 m3/h ở 300 C, sơ bộ thấy đây là bụi thải ra là từ nhiên liệu than nên cỡ hạt bụi từ 1m -100 m . Từ những số liệu sơ bộ ban đầu ta chọn thiết bị xử lý bụi là Xiclon kiểu chùm . Xiclon là thiết bị lọc bụi trong đó hình thành lực ly tâm để tách bụi ra khỏi không khí.  Tính toán Xiclon kiểu chùm Để tính toán một số kích thước và thông số chính của xiclon, ta nhận các giả thiết sau: - Hạt bụi có dạng hình cầu Đồ án MTKK và XLKT GVHD: PGS-TS: Nguyễn Quỳnh Hương - 33 ---------------------------- L£ ANH TUÊN 49 dt MSSV: 6269 49-------------- - Lực ly tâm tác dụng lên hạt bụi theo hướng bán kính của xiclon và bỏ qua tác dụng của trọng lực - Hạt bụi coi như được tách ra khỏi không khí sau khi chạm vào thành xiclon * Các số liệu ban đầu : - Lượng khí cần lọc L = 15768 m3/h ở 300 0C - Độ chứa hơi nước của khí d = 20 g/m 3 - Áp suất khí quyển B = 760 mmHg - Trở lưc cho phép qua xiclon  p  40 mmH20 - Áp suất khí vào xyclon p = -30 mmH2O= -2 mmHg - Khối lượng riêng của bụi trong khí  b =2300 g/m 3 - Khối lượng riêng của không khí khô g kk =1,29 kg/m 3 - Hàm lượng bụi trong khói vào : Cbụi = 7791 mg/m 3 tại 90 0 C ,tại nhiệt độ khói t= 300 0 C hàm lựong bụi :    00 90300 273 90 7791 273 90 273 300 273 300 C buiC bui C C         = 4936 mg/m 3             2 2 00,289 0,289 1,29 0,02 760 2 0,608 0,804 0,02 273 3000,804 273 k H O k H O d B p d t           kg/m 3 Xuất phát từ độ phân tán bụi cho phép,chon đường kính xiclon chum còn hàm lượng bụi trong không khí để chọn chi tiết định hướng. Từ bảng phân tán bụi than tra phu lục bảng11.3 tập 2 xử lí khí thải,phần lớn các hạt bụi có kích thước 10 m nên chọn đơn nguyên xyclon có đường kính D = 150 mm.Căn cứ vào nồng độ bụi cho phép có trong xyclon (bảng 2.11)và đường kính của đơn nguyên xyclon,chọn chi tiết kiểu chân vịt 8 cánh 0 hệ số trở lực  = 60.Khi hệ số trở lực cho phép của xiclon chùm 40 mmH20 và theo công thức : 2 40 40 2 9,81 60 4,64 0,608 2 0,608 60 qu qu g          (m/s) Trong đó v là tốc độ quy ước, chọn vận tốc qua xyclon v = 4.64 (m/s) (tốc độ qua tiết diên ngang của xyclon có đường kính D) Đồ án MTKK và XLKT GVHD: PGS-TS: Nguyễn Quỳnh Hương - 34 ---------------------------- L£ ANH TUÊN 49 dt MSSV: 6269 49-------------- Lượng khí cần làm sạch qua một đơn nguyên xyclon : 2 23,14 0,15 3600 4,64 3600 295 4 4 D V          m 3 /h Số lượng xyclon con : n = conL L = 15768 53,45 295  (chiếc) lấy 54 chiếc Với lượng xiclon con như trên tao bố trí thành 6 hàng ,mỗi hàng có 9 xiclon con.Tra bảng 7.10 sách xử kí khí thải tập 2 ta được các kích thước cuả xyclon chùm : M =280 mm, N = 170 mm ,chiều rộng B = 1180 mm , chiều dài L = 1460 mm. Chiều cao của ống dẫn khí vào xyclon chum được xác định theo công thức : I = ]06.0)[(  ndMv L vao , m Trong đó : L lưu lượng khí cần lọc của xyclon chùm , m3/h n số lượng xyclon con trong một dãy ngang so với chiều chuyển động của dòng khí, M, d kích thước tra bảng 7.10 và7.8 v vận tốc vào của dòng khí trên tiết diện sống của dãy xyclon con đầu tiên,có thể nhận v = 10-14 m/s,nhận v = 10m/s Thay số : I = 5.0 ]06.04*)133.028.0[(3600*10 11032   ( m) Kiểm tra lại trở lực qua xyclon chùm : Kiểm tra tỷ số k p   ,thiết bị làm việc tối ưu khi k p   = 45  100 m Trường hợp đã cho k p   = 40 65,78 0,608  m Cột này nằm trong giới hạn cho phép Đồ án MTKK và XLKT GVHD: PGS-TS: Nguyễn Quỳnh Hương - 35 ---------------------------- L£ ANH TUÊN 49 dt MSSV: 6269 49-------------- Xác định hiệu suất lọc bụi của xyclon chùm: Hiệu suất lọc bụi ở điều kiện chuẩn hóa tính theo công thức : 5.8 30 72.5 7.8 85 30.2 23.5 95 97 23.5 97 11.5 99 21 87.33% 100 100 i i                Kích thước hạt bụi mm 60 % theo khối lượng 5.8 7.8 30.2 23.5 11.5 21 Hiệu suất lọc 30 72.5 85 95 97 99 Đường cong hiệu quả lọc theo cỡ hạt () % của xiclon chùm Hiệu suất lọc bụi của xyclon chùm ở điều kiện thực tế được xác điịnh theo biểu đồ 2.8 sách “tính toán lọc bụi và làm sạch khí” Hiệu quả thực tế D = 250 mm ,t = 300,  = 30 0 ,v = 3.1 (m/s) , k =1.3 kg/m 3 , b =2300 kg/m 3  95 % II.3.3. Lò nung : - Lượng khí cần lọc L = 33372 m3/h ở 300 0C - Độ chứa hơi nước của khí d = 20 g/m 3 - Áp suất khí quyển B = 760 mmHg - Trở lưc cho phép qua xiclon  p  40 mmH20 - Áp suất khí vào xyclon p = -30 mmH2O= -2 mmHg - Khối lượng riêng của bụi trong khí  b =2300 g/m 3 - Khối lượng riêng của không khí khô g kk =1,29 kg/m 3 - Hàm lượng bụi trong khói vào : Cbụi = 10345 mg/m 3 tại 90 0 C ,tại nhiệt độ khói t= 300 0 C hàm lựong bụi : Đồ án MTKK và XLKT GVHD: PGS-TS: Nguyễn Quỳnh Hương - 36 ---------------------------- L£ ANH TUÊN 49 dt MSSV: 6269 49--------------     0 0 120 300 273 120 10345 273 120 273 300 273 300 C buiC bui C C         = 7095,3 mg/m 3             2 2 00,289 0,289 1,29 0,02 760 2 0,608 0,804 0,02 273 3000,804 273 k H O k H O d B p d t           kg/m 3 Xuất phát từ độ phân tán bụi cho phép,chon đường kính xiclon chum còn hàm lượng bụi trong không khí để chọn chi tiết định hướng. Từ bảng phân tán bụi than tra phu lục bảng11.3 tập 2 xử lí khí thải,phần lớn các hạt bụi có kích thước 10 m nên chọn đơn nguyên xyclon có đường kính D = 100 mm.Căn cứ vào nồng độ bụi cho phép có trong xyclon (bảng 2.11)và đường kính của đơn nguyên xyclon,chọn chi tiết kiểu chân vịt 8 cánh 0 hệ số trở lực  = 60.Khi hệ số trở lực cho phép của xiclon chùm 40 mmH20 và theo công thức : 2 40 40 2 9,81 60 4,64 0,608 2 0,608 60 qu qu g          (m/s) Trong đó v là tốc độ quy ước, chọn vận tốc qua xyclon v = 4.64 (m/s) (tốc độ qua tiết diên ngang của xyclon có đường kính D) Lượng khí cần làm sạch qua một đơn nguyên xyclon : 2 23,14 0,15 3600 4,64 3600 295 4 4 D V          m 3 /h Số lượng xyclon con : n = conL L = 33372 113,12 295  (chiếc) lấy 114 chiếc Với lượng xiclon con như trên ta chia thành 2 ngăn,mỗi ngăn có 57chiếc bố trí thành 6 hàng ,mỗi hàng có 10 xiclon con.Tra bảng 7.10 sách xử kí khí thải tập 2 ta được các kích thước cuả xyclon chùm : M =280 mm, N = 170 mm ,chiều rộng B = 1180 mm , chiều dài L = 1460 mm. Chiều cao của ống dẫn khí vào xyclon chum được xác định theo công thức : Đồ án MTKK và XLKT GVHD: PGS-TS: Nguyễn Quỳnh Hương - 37 ---------------------------- L£ ANH TUÊN 49 dt MSSV: 6269 49-------------- I = ]06.0)[(  ndMv L vao , m Trong đó : L lưu lượng khí cần lọc của xyclon chùm , m3/h n số lượng xyclon con trong một dãy ngang so với chiều chuyển động của dòng khí, M, d kích thước tra bảng 7.10 và7.8 v vận tốc vào của dòng khí trên tiết diện sống của dãy xyclon con đầu tiên,có thể nhận v = 10-14 m/s,nhận v = 10m/s Thay số : I = 5.0 ]06.04*)133.028.0[(3600*10 11032   ( m) Kiểm tra lại trở lực qua xyclon chùm : Khối lượng riêng của khí ở điều kiện thưc tế : 546.0 )300273)(35.0804.0( )2760)(35.03.1(2 9.0 )273)(804.0( ))((289.0 20 200        td pBd h hk k  kg/m 3 Trong đó k0 là khối lượng riêng của không khí khô ,kg/m 3 ,(với không khí khô k0 = 1.3 kg/m 3 ) 20hd là độ chứa hơi,khí khô ở điều kiện chuẩn ( 20hd =0.35 kg/m 3 ) p :áp suất khí quyển vào xyclon chùm , p = -2 mmHg B là áp suất của khí quyển , B = 760 mmHg t là nhiệt độ của khí thải 300 0 C Kiểm tra tỷ số k p   ,thiết bị làm việc tối ưu khi k p   = 45  100 m Trường hợp đã cho k p   = 2.73 546.0 40  m Cột này nằm trong giới hạn cho phép Đồ án MTKK và XLKT GVHD: PGS-TS: Nguyễn Quỳnh Hương - 38 ---------------------------- L£ ANH TUÊN 49 dt MSSV: 6269 49-------------- Xác định hiệu suất lọc bụi của xyclon chùm: Hiệu suất lọc bụi ở điều kiện chuẩn hóa tính theo công thức : 5.8 30 72.5 7.8 85 30.2 23.5 95 97 23.5 97 11.5 99 21 87.33% 100 100 i i                Kích thước hạt bụi mm 60 % theo khối lượng 5.8 7.8 30.2 23.5 11.5 21 Hiệu suất lọc 30 72.5 85 95 97 99 Đường cong hiệu quả lọc theo cỡ hạt () % của xiclon chùm Hiệu suất lọc bụi của xyclon chùm ở điều kiện thực tế được xác điịnh theo biểu đồ 2.8 sách “tính toán lọc bụi và làm sạch khí” Hiệu quả thực tế D = 250 mm ,t = 300,  = 30 0 ,v = 3.1 (m/s) , k =1.3 kg/m 3 , b =2300 kg/m 3  95 % II.4. Tính toán thiết bị làm nguội khí: Để làm nguội khí thải trước khi đưa vào các thiết bị khác có thể dùng tháp rỗng hay tháp có ô đệm, tuy nhiên trong trường hợp làm nguội đơn thuần, để giảm trở lực trên đường đi của khí ta nên dùng tháp rỗng phun nước. Về nguyên tắc khói thải và nước phun chuyển động ngược chiều nhau: nước phun từ trên xuống còn khí từ dưới lên.  Sơ đồ tháp như sau: Đồ án MTKK và XLKT GVHD: PGS-TS: Nguyễn Quỳnh Hương - 39 ---------------------------- L£ ANH TUÊN 49 dt MSSV: 6269 49-------------- c h ó t h Ýc h 3 1 2 6 4 5 9 7 8 Tính toán thiết bị này dựa vào mục 3.1- Tính toán lọc bụi và làm sạch khí- PGS, TS: Hoàng Kim Cơ. II.4.1. Tính cho lò điện: Các thông số tính toán tháp rỗng làm nguội đoạn nhiệt không khí như sau:  Lượng khí cần làm nguội: VKtt =4,48 m 3/s ở 900C  Thành phần khí thải :18,5 %- CO2, 4,96 %- O2, 76,54 %- N2(bỏ qua SO2)  Nhiệt độ khí vào tháp: t’K = 280 0 C  Nhiệt độ khí ra khỏi tháp : t’’K = 90 0 C  Áp suất của khí vào tháp lấy bằng: pK = 5000 mmH20 = 49000 N/m 2  Áp suất khí quyển: B = 760 mmHg = 101308 N/m2  Nhiệt độ nước vào tháp làm nguội: tn = 30 0 C;  Độ chứa hơi nước ban đầu của không khí: d’H20 = 0,025 kg/m 3 Tính toán thiết bị như sau: Lượng nhiệt cần lấy đi của khí để truyền cho nước được xác định theo công thức sau: Q = V0K[Cv(t’ – t”) + ( i’H20 – i”H20)], W Trong đó: Đồ án MTKK và XLKT GVHD: PGS-TS: Nguyễn Quỳnh Hương - 40 ---------------------------- L£ ANH TUÊN 49 dt MSSV: 6269 49-------------- - V0K: Lượng khí khô cần làm nguội ở điều kiện chuẩn, m 3 /s - i’K, i”K: entanpi của khí vào và ra khỏi tháp, J/m 3 - CV: nhiệt dung riêng thể tích của khí khô ở điều kiện chuẩn, J/m 3.độ Trước tiên cần xác định giá trị các đại lượng có trong công thức : Dựa vào phụ lục 4a trang 185 sách tính toán kỹ thuật lọc bụi và làm sạch khí của PGS TS Hoàng Kim Cơ, xác định nhiệt dung riêng theo thể tích các khí thành phần ở nhiệt độ trung bình: 0280 90 185 2 Kt C    Khi đó : CN2 = 1316,8 J/m 3 .K, C02 = 1379,6 J/m 3 .K, C CO2 = 1943,6 J/m 3 .K Theo công thức 1-28 xác định nhiệt dung riêng theo thể tích của khí thành phần: Chh = 1943,6.0,185 + 1379,6.0,0496 + 1316,8.0,7654 = 1435,9 J/m 3 .K Xác định entanpi của hơi nước trong khí vào tháp: i’H20 = (2480 + 1,96.t’).d’H20 = (2480 + 1,96.280).0,025 = 75,72 J/m 3 Xác định nhiệt độ của nhiệt kế ẩm và nhiệt độ nước được nung: Biết độ chứa hơi ban đầu d’H20 = 25 g/m 3 và nhiệt độ của khí vào tháp t’K = 280 0 C. căn cứ vào bảng 3.1 trang 58 suy ra được nhiệt độ của nhiệt kế ẩm tM = 57 0 C Nhiệt độ của nước ra khỏi tháp được chọn nhỏ hơn 5 đến 10 độ so với nhiệt độ của nhiệt kế ẩm, lấy nhiệt độ nứơc ra khỏi tháp sẽ nhỏ hơn nhiệt độ nhiệt kế ẩm là 9 độ, khi đó: t”H20 = 57 - 9 = 48 0 C Xác định độ chứa hơi nước d”H20 ra khỏi tháp ( ở nhiệt độ nhiệt kế ẩm) theo công thức 3.5 p = B + p = 101308 + 49000 = 150308 N/m2 Áp suất riêng phần của hơi nước bão hoà theo nhiệt độ nhiệt kế ẩm( tM = 57 0 C) : Theo phụ lục 5a, căn cứ vào nhiệt độ nhiệt kế ẩm 570C, xác định áp suất bão hoà của hơi nước: pbh = 17,4126 kN/m 2 = 17412 N/m 2 Vậy độ độ chứa hơi nước khi ra khỏi tháp: Đồ án MTKK và XLKT GVHD: PGS-TS: Nguyễn Quỳnh Hương - 41 ---------------------------- L£ ANH TUÊN 49 dt MSSV: 6269 49-------------- 20 0,805. 0,805.17412 " 0,105 150308 17412 bh H bh p d p p      kg/m 3 Entanpi của hơi nước ra khỏi tháp xác định theo công thức 3.4: i”H20 = (2480 + 1,96.t ’’ ) 2 '' H Od = (2480+1,96.48)0,105 = 270,27 J/m 3 Lượng nhiệt của khí truyền cho nước: Q = V0K[Chh(t’K – t”K) + (i’H20 – i”H20)] = 4,48.[1435,9(280-90) + (75,72-270,27)] = 1221366,5 W Xác định hiệu số nhiệt độ trung bình giữa khí và nước trong tháp theo công thức 3.7 020 20 20 20 ( ' " ) ( " ' ) (280 48) (90 30) 127,2 ' " 280 48 lnln 90 30" ' K H K H K H K H t t t t t C t t t t              Biết hệ số truyền nhiệt theo thể tích là k = 116 W/m3.K (theo tài liệu: Kỹ thuật lọc bụi và làm sạch khí) vậy thể tích có ích của tháp tính theo công thức 3.8: Vc.i = 1221366,5 82,78 . 116.127,2 Q k t    m 3 Xác định lưu lượng nước cấp vào tháp theo công thức 3.9 khi sử dụng hệ số sử dụng bằng  = 0,5: G = 20 1221366,5 32,4 . ( " ' ) 0,5.4186,8.(48 30)n K H Q C t t    kg/s Với Cn = 4186,8 J/kg.độ là nhiệt dung riêng của nước. Thể tích khí ở điều kiện thực tế ra khỏi tháp tính theo công thức:     3 2 '' '' 371 273 90 0,105 4,48 1 4,54 / 150308 0,804 371 273 1 0,804 K H O Ktt oK m s t d V V p                     Chiều cao có ích của tháp: Vc.i = H D . 4 . 2 , m 3; Biết H= 2,5D nên ta có: Đồ án MTKK và XLKT GVHD: PGS-TS: Nguyễn Quỳnh Hương - 42 ---------------------------- L£ ANH TUÊN 49 dt MSSV: 6269 49-------------- Vc.i = 4 . .5,2.5,2. 4 . 32 D D D   , m 3 Do vậy: D = .3 3 4. 4 82,78 3,48 .2,5 3,14.2,5 c iV     m Chiều cao có ích của tháp bằng: H = 2,5.3,48 = 8,7 m (Chiều cao có ích là khoảng cách giữa hai trục đường ống ra và vào tháp) Tốc độ khí qua tiết diện ngang của tháp xác định theo công thức 3.10: VKtt = K D   . 4 . 2 nên: 2 2 4. 4.4,54 0,477 . 3,14.3,48 Ktt K V D     m/s < 1 m/s Giả sử khay chứa nước chứa được lượng nước trong thời gian là 15 phút, khi đó chiều cao phải nhận của khay bằng: HKh = 2 2 .15 4 32,4 4 . . 0,852 60 . 4 3,14.3,48 G m D   Tổng chiều cao của tháp rỗng bằng: H = Hc.i + HKh = 8,7 + 0,852 = 9,552 m Xác định năng suất và số lương ống phun: Theo phụ lục 1 sách tính toán kỹ thuật lọc bụi và làm sạch khí, xác định năng suất và số lượng ống phun Thừa nhận mỏ phun 3” có đường kính tiết diện lỗ phun là 25,3 mm. Khi áp suất nước trước mỏ phun là 2 kG/m2, lưu lượng nước qua mỗi mỏ là 18,5 m3/h hay 5,1 kg/s, do đó số lượng mỏ phun là: 32,4 6,35 5,1 5,1 G n    (mỏ) lấy n = 7 mỏ Trở lực qua tháp rỗng không lớn được thừa nhận khoảng 15 đến 20 mmH20, nhận trở lực bằng 15 mmH20 = 15 kG/m 2  Tổng kết đặc tính thiết bị: - Đường kính: D = 3,48 m - Chiều cao có ích: Hc.i = 8,7 m - Chiều cao khay chứa nước: HKh = 0,852 m - Tổng chiều cao: H = 9,552 m Đồ án MTKK và XLKT GVHD: PGS-TS: Nguyễn Quỳnh Hương - 43 ---------------------------- L£ ANH TUÊN 49 dt MSSV: 6269 49-------------- - Số lượng mỏ phun: 3 (mỏ phun 3” có đường kính tiết diện lỗ phun là 25,3 mm, áp suất nước trước mỏ phun là 2 kG/m2) - Trở lực qua tháp rỗng: p =15kG/m2 II.4.2. Tính cho lò nung: Tính toán tương tự như lò điện Các thông số tính toán tháp rỗng làm nguội đoạn nhiệt không khí như sau:  Lượng khí cần làm nguội: VKtt =9,27 m 3/s ở 1200C  Thành phần khí thải :13,66 %- CO2, 6,09 %- O2, 80,25 %- N2(bỏ qua SO2)  Nhiệt độ khí vào tháp: t’K = 280 0 C  Nhiệt độ khí ra khỏi tháp : t’’K = 90 0 C  Áp suất của khí vào tháp lấy bằng: pK = 5000 mmH20 = 49000 N/m 2  Áp suất khí quyển: B = 760 mmHg = 101308 N/m2  Nhiệt độ nước vào tháp làm nguội: tn = 30 0 C;  Độ chứa hơi nước ban đầu của không khí: d’H20 = 0,025 kg/m 3 Tính toán thiết bị như sau: Lượng nhiệt cần lấy đi của khí để truyền cho nước được xác định theo công thức sau: Q = V0K[Cv(t’ – t”) + ( i’H20 – i”H20)], W Trong đó: - V0K: Lượng khí khô cần làm nguội ở điều kiện chuẩn, m 3 /s - i’K, i”K: entanpi của khí vào và ra khỏi tháp, J/m 3 - CV: nhiệt dung riêng thể tích của khí khô ở điều kiện chuẩn, J/m 3.độ Trước tiên cần xác định giá trị các đại lượng có trong công thức : Dựa vào phụ lục 4a trang 185 sách tính toán kỹ thuật lọc bụi và làm sạch khí của PGS TS Hoàng Kim Cơ, xác định nhiệt dung riêng theo thể tích các khí thành phần ở nhiệt độ trung bình: Đồ án MTKK và XLKT GVHD: PGS-TS: Nguyễn Quỳnh Hương - 44 ---------------------------- L£ ANH TUÊN 49 dt MSSV: 6269 49-------------- 0280 90 185 2 Kt C    Khi đó : CN2 = 1316,8 J/m 3 .K, C02 = 1379,6 J/m 3 .K, C CO2 = 1943,6 J/m 3 .K Theo công thức 1-28 xác định nhiệt dung riêng theo thể tích của khí thành phần: Chh = 1943,6.0,1366 + 1379,6.0,0609 + 1316,8.0,8025 = 1406,2 J/m 3 .K Xác định entanpi của hơi nước trong khí vào tháp: i’H20 = (2480 + 1,96.t’).d’H20 = (2480 + 1,96.280).0,025 = 75,72 J/m 3 Xác định nhiệt độ của nhiệt kế ẩm và nhiệt độ nước được nung: Biết độ chứa hơi ban đầu d’H20 = 25 g/m 3 và nhiệt độ của khí vào tháp t’K = 280 0 C. căn cứ vào bảng 3.1 trang 58 suy ra được nhiệt độ của nhiệt kế ẩm tM = 57 0 C Nhiệt độ của nước ra khỏi tháp được chọn nhỏ hơn 5 đến 10 độ so với nhiệt độ của nhiệt kế ẩm, lấy nhiệt độ nứơc ra khỏi tháp sẽ nhỏ hơn nhiệt độ nhiệt kế ẩm là 9 độ, khi đó: t”H20 = 57 - 9 = 48 0 C Xác định độ chứa hơi nước d”H20 ra khỏi tháp ( ở nhiệt độ nhiệt kế ẩm) theo công thức 3.5 p = B + p = 101308 + 49000 = 150308 N/m2 Áp suất riêng phần của hơi nước bão hoà theo nhiệt độ nhiệt kế ẩm( tM = 57 0 C) : Theo phụ lục 5a, căn cứ vào nhiệt độ nhiệt kế ẩm 570C, xác định áp suất bão hoà của hơi nước: pbh = 17,4126 kN/m 2 = 17412 N/m 2 Vậy độ độ chứa hơi nước khi ra khỏi tháp: 20 0,805. 0,805.17412 " 0,105 150308 17412 bh H bh p d p p      kg/m 3 Entanpi của hơi nước ra khỏi tháp xác định theo công thức 3.4: i”H20 = (2480 + 1,96.t ’’ ) 2 '' H Od = (2480+1,96.48)0,105 = 270,27 J/m 3 Lượng nhiệt của khí truyền cho nước: Q = V0K[Chh(t’K – t”K) + (i’H20 – i”H20)] = 9,27.[1435,9(280-90) + (75,72-270,27)] = 2527247 W Đồ án MTKK và XLKT GVHD: PGS-TS: Nguyễn Quỳnh Hương - 45 ---------------------------- L£ ANH TUÊN 49 dt MSSV: 6269 49-------------- Xác định hiệu số nhiệt độ trung bình giữa khí và nước trong tháp theo công thức 3.7 020 20 20 20 ( ' " ) ( " ' ) (280 48) (90 30) 127,2 ' " 280 48 lnln 90 30" ' K H K H K H K H t t t t t C t t t t              Biết hệ số truyền nhiệt theo thể tích là k = 116 W/m3.K (theo tài liệu: Kỹ thuật lọc bụi và làm sạch khí) vậy thể tích có ích của tháp tính theo công thức 3.8: Vc.i = 2527247 171,3 . 116.127,2 Q k t    m 3 Xác định lưu lượng nước cấp vào tháp theo công thức 3.9 khi sử dụng hệ số sử dụng bằng  = 0,5: G = 20 2527247 67 . ( " ' ) 0,5.4186,8.(48 30)n K H Q C t t    kg/s Với Cn = 4186,8 J/kg.độ là nhiệt dung riêng của nước. Thể tích khí ở điều kiện thực tế ra khỏi tháp tính theo công thức:     3 2 '' '' 371 273 90 0,105 4,48 1 4,54 / 150308 0,804 371 273 1 0,804 K H O Ktt oK m s t d V V p                     Chiều cao có ích của tháp: Vc.i = H D . 4 . 2 , m 3; Biết H= 2,5D nên ta có: Vc.i = 4 . .5,2.5,2. 4 . 32 D D D   , m 3 Do vậy: D = .3 3 4. 4 171,3 4,44 .2,5 3,14.2,5 c iV     m Chiều cao có ích của tháp bằng: H = 2,5.4,44 = 11,1 m (Chiều cao có ích là khoảng cách giữa hai trục đường ống ra và vào tháp) Tốc độ khí qua tiết diện ngang của tháp xác định theo công thức 3.10: Đồ án MTKK và XLKT GVHD: PGS-TS: Nguyễn Quỳnh Hương - 46 ---------------------------- L£ ANH TUÊN 49 dt MSSV: 6269 49-------------- VKtt = K D   . 4 . 2 nên: 2 2 4. 4.4,54 0,293 . 3,14.4,44 Ktt K V D     m/s < 1 m/s Giả sử khay chứa nước chứa được lượng nước trong thời gian là 15 phút, khi đó chiều cao phải nhận của khay bằng: HKh = 2 2 .15 4 67 4 . . 1,08 60 . 4 3,14.4,44 G m D   Tổng chiều cao của tháp rỗng bằng: H = Hc.i + HKh = 11,1 + 1,08 = 12,18 m Xác định năng suất và số lương ống phun: Theo phụ lục 1 sách tính toán kỹ thuật lọc bụi và làm sạch khí, xác định năng suất và số lượng ống phun Thừa nhận mỏ phun 3” có đường kính tiết diện lỗ phun là 25,3 mm. Khi áp suất nước trước mỏ phun là 2 kG/m2, lưu lượng nước qua mỗi mỏ là 18,5 m3/h hay 5,1 kg/s, do đó số lượng mỏ phun là: 67 13,14 5,1 5,1 G n    (mỏ) lấy n = 14 mỏ Trở lực qua tháp rỗng không lớn được thừa nhận khoảng 15 đến 20 mmH20, nhận trở lực bằng 15 mmH20 = 15 kG/m 2  Tổng kết đặc tính thiết bị: - Đường kính: D = 4,44 m - Chiều cao có ích: Hc.i = 11,1 m - Chiều cao khay chứa nước: HKh = 1,08 m - Tổng chiều cao: H = 12,18 m - Số lượng mỏ phun: 14 (mỏ phun 3” có đường kính tiết diện lỗ phun là 25,3 mm, áp suất nước trước mỏ phun là 2 kG/m2) - Trở lực qua tháp rỗng: p =15kG/m2 xong Đồ án MTKK và XLKT GVHD: PGS-TS: Nguyễn Quỳnh Hương - 47 ---------------------------- L£ ANH TUÊN 49 dt MSSV: 6269 49-------------- II.5. Với khí SO2 II.5.1. Mức độ cần thiết phải khử SO2 : 2 22 )( SO TCSOSO M MM   %, Trong đó: - MSO2: nồng độ SO2 có trong khói thải, mg/m 3 - MSO2(TC): nồng độ SO2 theo tiêu chuẩn thải tại nguồn, mg/m 3 ; Kết quả tính toán được cho trong bảng tính : Chất ô nhiễm TCVN6993-2001 MSO2(TC) Mùa hè MSO2  Mùa đông MSO2  SO2 375 1023 0,725 1038 0,729 II.5.2. Lựa chọn phƣơng pháp xử lý SO2 Có nhiều cách để xử lí SO2 có trong khí thải ,phương pháp phổ biến nhất là hấp thụ SO2 bằng các dung dịch đem lại hiệu quả cao mà giá thành lại rẻ.Trong trường hợp này ta sử dụng dung dịch NAOH để hấp thụ SO2 do có nồng độ cao,để giảm trở lực trên đường đi của khí ta nên dùng tháp rỗng phun nước. Tận dụng luôn tháp để giảm nhiệt độ của khói thải ra môi trường do đó ngoài tính lượng dung dịch NAOH để xử lí SO2 còn phải tính lượng nước cần để giảm nhiệt độ của không khí . Về nguyên tắc khói thải và dung dịch phun chuyển động ngược chiều nhau: dung dịch từ trên xuống còn khí từ dưới lên. Khí sau khi qua thiết bi khử CO ,và khử bụi, Lượng khói thải tăng 10% so với lượng ban đầu ,nhiệt độ của khói giảm 5 % Đồ án MTKK và XLKT GVHD: PGS-TS: Nguyễn Quỳnh Hương - 48 ---------------------------- L£ ANH TUÊN 49 dt MSSV: 6269 49-------------- II.5.2.1. Xác định lƣợng NAOH cần cung cấp cho thiết bị:  Yêu cầu làm sạch SO2 trong khí thải với hiệu suất  = 21.1% (mùa đông),do vậy khí đi ra khỏi tháp cần giảm tỷ số mol xuống còn C = 600 mg/m 3  Tháp làm việc ở nhiệt độ 150 0C và áp suất là 1 atm.  Hàm lượng SO2 trong bùn sau khi ra khỏi thiết bị X 2 =4.5g/l Xác định lượng NAOH cần cung cấp cho thiết bị: 2NAOH + SO2 = NA 2 SO 3 + H 2 O Lượng SO2 bị hấp thụ trong 1 giờ : Y1 =  Kt SO L G . 2  > GSO2 = Y1 . . LKT = 2280 .10 -6 . 0.211 *1.46*3600 = 2.6 kg/h Trong đó: Nồng độ SO2 trong khí ban đầu bằng: Y1 = 2280 mg/m 3 GSO2 khối lượng SO2 bị hấp thụ trong một giờ Số kmol SO2 bị hấp thụ trong một giờ : K = )/(0406.0 64 6.2 64 G 2SO hKmol Vậy thể tích SO2 bị hấp thụ trong một giờ là : 07,64 6.2*89,21.89,21 2 2 2  SO SO SO M G V = 0.888 ( m 3 /h) Trong đó : MSO2 là khối lượng phân tử SO2, và 21,89 là thể tích của 1 kmol khí SO2 Vậy lượng NAOH cần cung cấp : G NAOH = 2*K*40= 2*0.0406*40 = 3.248 (kg/h) Đồ án MTKK và XLKT GVHD: PGS-TS: Nguyễn Quỳnh Hương - 49 ---------------------------- L£ ANH TUÊN 49 dt MSSV: 6269 49-------------- Khí ra khỏi tháp có nhiệt độ t = 150 C0 Ta có độ tan của NAOH ở 60 0 C là 63,5 mg/100mmlH2O.Vậy lượng dung dịch NAOH cần trong 1h : V NAOH = 065.0 5.63 232.4  m 3 /h Lượng NAOH được hòa tan trong nước phun qua vòi phun vào thiết bị,dung dịch sau khi hấp thụ SO2 trong đước chứa trong ngăn phía dưới của thiết bị,sau một thời gian được lấy ra ngoài, II.5.2.2. Tính toán tháp hấp thụ khí SO2 Tính toán tháp hấp thụ khí SO2 trong trường hợp bất lợi nhất. Vào mùa hè do lưu lượng khí thải lớn nhất, trong khi tải lượng chất ô nhiễm là không đổi.Vậy ta tính toán tháp hấp thụ SO2 vào mùa hè . *) Các thông số tính toán  Nhiệt độ khói thải ban đầu: t1 = 95 0 C  Lưu lượng khí thải: LKT = 7704 m 3/h ở nhiệt độ 250 0C, do đó ở nhiệt độ 95 0C chỉ còn lại L = 250273 95273 .7704   = 5420,8 m 3 /h  Áp suất riêng phần của SO2 trong khói thải ban đầu: p’K (mmHg)  Yêu cầu làm sạch SO2 trong khí thải với hiệu suất  = 72,5% (mùa hè) Ở đây ta dùng sữa vôi Ca(OH)2 trong đó không có SO2 hoà tan, tức p”L = 0  Nhiệt độ khói thải sau khi ra khỏi tháp giả thiết bằng: t2 = 60 0 C  Nhiệt độ trung bình của khí thải trong tháp là: tK , 0 C Đồ án MTKK và XLKT GVHD: PGS-TS: Nguyễn Quỳnh Hương - 50 ---------------------------- L£ ANH TUÊN 49 dt MSSV: 6269 49-------------- tK = 2 21 tt  = 2 6095  = 77,5 0 C  Hàm lượng SO2 trong bùn sau khi ra khỏi tháp giả thiết là: X2 = 4,5 g/l *) Tính toán Nồng độ SO2 trong khí ban đầu bằng: Y1 = 1023 mg/m 3 Mặt khác : Y1 = Kt SO L. G 2  Trong đó: - GSO2 khối lượng SO2 bị hấp thụ trong một giờ GSO2 = Y1 . . LKT = 1023 .10 -6 . 0,725 . 5420,8 = 4,02 kg/h Vậy thể tích khí SO2 bị hấp thụ trong một giờ là: 07,64 02,4.89,21.89,21 2 2 2  SO SO SO M G V = 1,37 m 3 /h Trong đó : MSO2 là khối lượng phân tử SO2, và 21,89 là thể tích của 1 kmol khí SO2 Mà 760 ).( "' 2 KKKT SO ppL V   Trong đó: - p’K : độ đàn hồi hơi của SO2 trong khí thải, mmHg - p”K : độ đàn hồi hơi của SO2 trong khí thải sau khi làm sạch, mmHg Do đó: 1,37 = 760 ).(8,5420 "' KK pp  hay: p’K –p”K = 0,19 Theo đề bài không khí cần được làm sạch 72,5%, nghĩa là khí SO2 còn chứa trong khí thải là 27,5%, vậy áp suất riêng phần của SO2 trong khí thải cuối quá trình làm sạch là: Đồ án MTKK và XLKT GVHD: PGS-TS: Nguyễn Quỳnh Hương - 51 ---------------------------- L£ ANH TUÊN 49 dt MSSV: 6269 49-------------- p”K = p’K . 0,275 mmHg Thay vào công thức trên ta có p’K = 0,26 mmHg, và p”K = 0,07 mmHg - Xác định lực chuyển hấp thụ Trong tháp rửa có ô đệm, khí thải và nước chuyển động ngược chiều nhau. Vậy lực chuyển hấp thụ trung bình được xác định theo công thức: )( )( ln )()( "" '' ""'' LK LK LKLK pp pp pppp p     , mmHg Trong đó: - p’K, p”K ; là áp suất riêng phần của cấu tử bị hấp thụ trong pha khí khi vào và ra khỏi thiết bị, mmHg - p’L, p”L ; là áp suất cân bằng của khí bị hấp thụ trên bề mặt dịch thể tương ứng với p’K, p”K, mmHg Vậy lực chuyển hấp thụ trung bình bằng; 07,0 26,0 ln 07,026,0   p = 0,145 mmHg - Tính toán diện tích của tháp Giả thiết tốc độ của dòng khí thải qua tháp hấp thụ là K = 1m/s, vậy diện tích tiết diện tháp bằng: 1.273.3600 )5,77273.(8,5420 .273.3600 )273.(     K KKT th tL F  = 1,933 m 2 Đường kính của tháp bằng Dth =  F.4 =  933,1.4 = 1,6 (m) Đồ án MTKK và XLKT GVHD: PGS-TS: Nguyễn Quỳnh Hương - 52 ---------------------------- L£ ANH TUÊN 49 dt MSSV: 6269 49-------------- - Xác định tốc độ của khí qua tiết diện thoáng của ô đệm Chọn ô đệm bằng sứ (vì nhiệt độ khói thải cao) có kích thước dày 10 mm đặt theo hướng ngang có khoảng cách giữa hai trục thanh, nghĩa là tạo khoảng hở (giữa hai thanh) là 20 mm. Dọc theo chiều cao đặt nối tiếp các thanh giữa lớp này với lớp khác vậy tiết diện thoáng của ô đệm sẽ bằng 20/30 = 0,67. Trong 1 m2 ô đệm với chiều dài là 1 m có thể đặt 1000/30 = 33 thanh. Vậy trong 1 m3 ô đệm (có tính đến mỗi thanh có hai bề mặt bên) sẽ có bề mặt tiếp xúc là: f = 2 . 33 = 66 m 2 Tốc độ dòng khí khi đi qua tiết diện thoáng của ô đệm: 67,0 1 67,0  K   = 1,49 m/s - Xâc định giá trị của hệ số hấp thụ K theo công thức 25,0 25,075,0 .)7,13( )18,0.0011,0.(..0017,0 tddM TM K     Trong đó - M : khối lượng phân tử của khí bị hấp thụ, với SO2, M = 64,07 đvC -  : tốc độ của dòng khí qua tiết diện của ô đệm,  = 149 cm/s - T : nhiệt độ tuyệt đối của khí thải, T = 77,5 + 273 = 350,50K - dtd : đường kính tương đương của ô đệm, cm Đường kính tương đương của ô đệm tính bằng: 66 67,0.4 tdd = 0,04 m = 4 cm Thay vào công thức trên ta có; Đồ án MTKK và XLKT GVHD: PGS-TS: Nguyễn Quỳnh Hương - 53 ---------------------------- L£ ANH TUÊN 49 dt MSSV: 6269 49-------------- 25,0 25,075,0 4).07,647,13( )18,05,350.0011,0.(149.07,64.0017,0   K = 0,102 ( kg/m 2 .h.mmHg) - Diện tích bề mặt hấp thụ tính theo công thức: 145,0.102,0 02,4 . 2    PK G F SO = 271,8 m 2 Vậy thể tích của ô đệm cần có: 66 8,271  f F v = 4,12 m 3 Chiều cao của ô đệm được xác định theo công thức: 22 6,1.14,3 12,4.4 4 .  D V H  = 2 m - Xác định chiều cao của khay chứa dung dịch hấp thụ sau khi qua tháp : Ta có nồng độ SO2 ban đầu là Y1 = 1,023 g/m 3, nồng độ SO2 sau khi ra khỏi tháp là Y2 = 0,281 g/m 3. Hàm lượng SO2 trong bùn sau khi ra khỏi tháp là X2 = 4,5g/l Lượng sữa vôi cần cấp vào tháp rửa qua vòi phun là: LSO2= 21 21 XX YY   . LKT= 05,4 281,0023,1   .5420,8 = 893,8 ( l/h )= 0,894 m 3 /h Chọn thời gian nước lưu lại trong khay chứa nước là 2 giờ (tức cứ 2 giờ thay dung dịch một lần), khi đó thể tích của khay là: VKC = 893,8 .2 = 1787,6 (l) = 1,79 ( m 3 ) Vậy chiều cao của khay chứa nước là: HKC = 2 79,1  F VKC = 0,9 m Chọn chiều cao từ mức nước cao nhất trong khay tới mép ống dẫn khí vào là 0,2 m, khi đó toàn bộ chiều cao của tháp bao gồm: Đồ án MTKK và XLKT GVHD: PGS-TS: Nguyễn Quỳnh Hương - 54 ---------------------------- L£ ANH TUÊN 49 dt MSSV: 6269 49--------------  Chiều cao ô đệm: 2 m  Chiều cao tấm chắn nước lấy sơ bộ bằng: 0,2 m  Khoảng cách tự do để dẫn khí vào bảo đảm phân bố đều khí ở phía dưới ô đệm lấy sơ bộ bằng: 1,2 m  Khoảng cách từ tấm chắn đến vòi phun lấy sơ bộ bằng: 0,2 m  Khoảng cách từ vòi phun đến ô đệm có tính tới sự bắn toé của vòi phun lấy sơ bộ bằng: 0,3 m  Chiều cao khay chứa: (0,9 + 0,2) m Chiều cao của tháp hấp thụ: HTH = 2 + 0,2+ 1,2 + 0,2 + 0,3 +(0,9 + 0,2) = 5 m Vậy kích thước cùa tháp hấp thụ SO2:  Đường kính: DTH = 1,6 m  Chiều cao: HTH = 5 m  Kích thước của ô đệm: HÔĐ = 2 m *) Tính toán tổn thất qua thiết bị: Tính toán tương tự như đối với tháp làm mát , ta cũng tính toán tổn thất khi khói thải đi qua lớp chắn nước và lớp vật liệu rỗng , do ở đây ta không có đầy đủ số liệu về dung dịch vôi sữa , nên ta tính toán như trường hợp hấp thụ bằng nước: - Tổn thất khi khói thải đi qua lớp đệm: p1 = [44.  + (0,75 + 4,6. ).Hm].v (2,4-) p1 = [44. 2 + (0,75+ 4,6. 2). 2 894,0 ].1 2,4-2 = 92,4 kG/m 2 Tổn thất cột áp của không khí qua lớp chắn nước với bề dày : c=0, 2m p2 = 33. c.v 1,88 = 33.0,2.1 1,88 = 6,6 kG/m 2 Đồ án MTKK và XLKT GVHD: PGS-TS: Nguyễn Quỳnh Hương - 55 ---------------------------- L£ ANH TUÊN 49 dt MSSV: 6269 49-------------- Tổn thất cột áp tổng cộng: p = p1 + p2 = 92,4 + 6,6 = 99 kG/m 2 2.3. TỔN THẤT TRONG HỆ THỐNG ĐƢỜNG ỐNG DẪN KHÓI THẢI BẮT ĐẦU TỪ NGUỒN THẢI CHO ĐẾN ỐNG KHÓI 2.3.1. Tổn thất qua các thiết bị xử lí Các thiết bị bao gồm: 1. Buồng dập CO 2. Tháp làm mát: P = 15 kG/m2 3. Tháp hấp thụ SO2: P = 99 kG/m 2 Riêng trường hợp khói thải đi qua buồng dập CO là không có số liệu về tổn thất. Do đó ta có thể lấy sơ bộ bằng: P = 10 kG/m2 Như vậy tổng tổn thất qua các thiết bị bằng: P = 10 + 15 + 99 = 124 kG/m2 2.3.2. Tổn thất qua hệ thống đƣờng ống Lưu lượng khói thải bằng: - L = 7704 m3/h (ở nhiệt độ 250 0C) - L = 5420,8 m3/h (ở nhiệt độ 95 0C) - L = 4905 m3/h (ở nhiệt độ 60 0C) Với lưu lượng lớn như thế này, dựa vào phụ lục 3-[2] để tính chọn đường ống và tính toán tổn thất tương ứng với từng đoạn ống ở các nhiệt độ khác nhau như sau: - Đoạn 1: L = 7704 m3/h, v = 16,3 m/s, khi đó: D = 400 mm, R = 0,635 kG/m 2 .m, Pđ = 16,25 kG/m 2 Đồ án MTKK và XLKT GVHD: PGS-TS: Nguyễn Quỳnh Hương - 56 ---------------------------- L£ ANH TUÊN 49 dt MSSV: 6269 49-------------- Với chiều dài đường ống bằng: l = m Tổn thất theo chiều dài đường ống: - Đoạn 2: L = 5420,8 m3/h , v = 12 m/s, khi đó: D = 400 mm, R = 0,356 kG/m 2 .m, Pđ = 8,81 kG/m 2 Với chiều dài đường ống bằng: l = m Tổn thất theo chiều dài đường ống: - Đoạn 3: L = 4905 m3/h, v = 10,9 m/s, khi đó: D = 400 mm, R = 0,296 kG/m 2 .m, Pđ = 7,27 kG/m 2 Với chiều dài đường ống bằng: l = m Tổn thất theo chiều dài đường ống: Tổn thất cục bộ trên toàn bộ hệ thống đường ống: Như vậy tổng tổn thất để chọn quạt bằng: 2.4. CHỌN QUẠT HÚT Đồ án MTKK và XLKT GVHD: PGS-TS: Nguyễn Quỳnh Hương - 57 ---------------------------- L£ ANH TUÊN 49 dt MSSV: 6269 49-------------- CHƢƠNG III: TÍNH TOÁN KHUẾCH TÁN CÁC CHẤT Ô NHIỄM III.1. CÁC THÔNG SỐ BAN ĐẦU III.1.1. Các thông số vi khí hậu 1.Địa điểm xây dựng : Hà Nội 2.Hướng mặt chính của nhà máy : hướng Nam 3.Các thông số khí hậu Điều kiện khí hậu của môi trường có liên quan trực tiếp tới sự khuyếch tán các chất ô nhiễm vào môi trường xung quanh. Bảng 1-1: Các thông số khí hậu của môi trường xung quanh Mùa Hè Mùa Đông H TB t 0 C H TB  % H tt d g/m 3 H TB v m/s Hướng gió D TB t 0 C DTB % D tt d g/m 3 D TB v m/s Hướng gió 28,8 Th.7 83 22 3,2 ĐN 16,6 Th.1 80 10 3,5 ĐB III.1.2. Các thông số về nguồn thải Có 2 ống khói, 1 là lò điện cao50 m ,2 là lò nung cao 48 m , đứng độc lập nên coi là nguồn thải cao, có các thông số sau: - Chiều cao ống khói: h1 = 50 m,h2= 48 m. Đồ án MTKK và XLKT GVHD: PGS-TS: Nguyễn Quỳnh Hương - 58 ---------------------------- L£ ANH TUÊN 49 dt MSSV: 6269 49-------------- - Đường kính miệng ống khói: D1 = 4 m, D2 = 1,8 m - Nhiệt độ khói thải: t1 = 90 0 C, t1 = 120 0 C - Lưu lượng khói thải: + Về mùa hè: 1 4,48L  m 3 /s ; 2 9,27L  m 3 /s + Về mùa đông: 2 4,38L  m 3 /s ; 2 8,96L  m 3 /s Nồng độ các chất ô nhiễm sau khi đã xử lý bằng nồng độ theo tiêu chuẩn, tương ứng với lưu lượng khói thải trong 2 mùa tính toán tải lượng các chất ô nhiễm, sau đó lập thành bảng sau: TT Chất ô nhiễm Nồng độ mg/m3 Tải lượng, mg/s Lò điện Lò nung Lò điện Lò nung Mùa hè Mùa đông Mùa hè Mùa đông 1 SO2 600 540 2688 2628 5005,8 4838,4 2 CO 1200 1080 5376 5256 10011,6 9676,8 3 NO2 1020 918 4569,6 4467,6 8509,86 8225,28 4 Bụi 240 216 1075,2 1051,2 2002,32 1935,36 III.1.3. Khái quát mô hình tính khuyếch tán chất ô nhiễm - Guass  Các giả thiết : - Các điều kiện ổn định: vận tốc gió và chế độ rối không thay đổi theo thời gian. - Dòng chảy đồng nhất: vận tốc gió và chế độ rối không thay đổi theo thời gian và không gian. - Chất ô nhiễm có tính trơ, tức là không xảy ra phản ứng hoá học cũng như không có lắng đọng do trọng lực. Đồ án MTKK và XLKT GVHD: PGS-TS: Nguyễn Quỳnh Hương - 59 ---------------------------- L£ ANH TUÊN 49 dt MSSV: 6269 49-------------- - Có sự phản xạ tuyệt đối từ bề mặt đất đối với luồng khói, tức là không có sự hấp thụ của mặt đất đối với các chất ô nhiễm. - Sự phân bố nồng độ trên các mặt cắt trực giao với trục gió th.10o phương ngang (y) và theo phương đứng (z) tuân theo luật phân phối (xác suất) chuẩn Guass. - Vận tốc gió không bằng không để cho hiện tượng khuyếch tán theo phương x được coi là không đáng kể so với lực vận chuyển và lôi cuốn luồng khói về phía trước của gió.  Cơ sở tính toán Phương trình vi phân của quá trình khuyếch tán chất ô nhiễm dạng khí và lơ lửng trong khí quyển được dùng làm cơ sở cho mọi quá trình gia công toán học về quá trình này: x y z C C C C k k k x x y y z z                              Trong đó: C – nồng độ chất ô nhiễm, mg/m3;  - thời gian, s; kx, ky, kz – lần lượt là hệ số khuyếch tán rối theo phương x, y, z, Từ những cơ sở và giả thiết trên Guass đã thiết lập được công thức cơ sở cho quá trình tính toán của mình: 2 2 2 22 2 2 y z y z M y z C EXP u                 (1)  Công thức xác định sự phân bố nồng độ chất ô nhiễm theo luật phân phối chuẩn Guass Công thức (1) còn có thể được diễn giải bằng phương pháp phân tích thứ nguyên như sau: Đồ án MTKK và XLKT GVHD: PGS-TS: Nguyễn Quỳnh Hương - 60 ---------------------------- L£ ANH TUÊN 49 dt MSSV: 6269 49-------------- Từ miệng ống khói chất ô nhiễm được gió mang đi theo trục x trùng với hướng gió với vận tốc bằng vận tốc gió u, m/s. Nếu lượng phát thải các chất ô nhiễm là M, g/s là không đổi theo thời gian thì mật độ của chất ô nhiễm trên tất cả các mặt trực giao với trục gió (cũng là trục luồng khói) sẽ bằng M/u, g/m. Nếu giả thiết rằng chất ô nhiễm không có phản ứng hoá học với không khí xung quanh tức là không sản sinh ra cũng không phân huỷ đi các chất ô nhiễm, thì mật độ chất ô nhiễm trên tất cả các mặt cắt trực giao với trục gió ở mọi khoảng cách x đều như nhau. Nhưng nồng độ các chất ô nhiễm trong luồng khói giảm dần khi khoảng cách tăng do hiện tượng khuyếch tán theo phương ngang y và theo phương đứng z, chính vì vậy mà luồng khói lan rộng ra xung quanh trục luồng. Càng ra xa khỏi trục luồng theo phương y và z thì nồng độ các chất ô nhiễm lại càng giảm. Bằng những nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm Guass đã đưa ra công thức để tính toán khuyếch tán chất ô nhiễm từ nguồn điểm cao:     2 22 2 2 22 2 2 2 y z y z z z H z HM y C EXP EXP EXP                                , mg/m 3 Khi tính toán nồng độ chất ô nhiễm trên mặt đất thì z = 0 và công thức sẽ trở thành:   2 2 , 2 22 2 x y y z y z M y H C EXP EXP u                  , mg/m 3 Trường hợp tính toán sự phân bố nồng độ trên mặt đất dọc theo trục gió (trục x), ta cho y = 0 và thu được:   2 22 x y z z M H C EXP u           , mg/m 3 (2)  Chú ý: Trong các công thức ở trên chiều cao H là chiều cao hiệu quả của ống khói và nó được xác định như sau: H h h  , m Đồ án MTKK và XLKT GVHD: PGS-TS: Nguyễn Quỳnh Hương - 61 ---------------------------- L£ ANH TUÊN 49 dt MSSV: 6269 49-------------- h - độ nâng cao của vệt khói (được xác định theo phương pháp của Briggs G,A): *) Với cấp ổn định của khí quyển là từ A  D: 1 23 31.6 f F h x u   , m Với : - F là lực nổi ban đầu của luồng khói, xác định theo công thức: 2 4 khoi xq khoi T Tg D F T   , m 4 /s 3 Trong đó: - : vận tốc phụt của luồng khói, m/s - xf: khoảng cách từ nguồn đến điểm kết thúc độ nâng cao trung bình luồng khói: + Khi 55F  m 4 /s 3 thì 0.62550 f x F + Khi 55F  m 4 /s 3 thì 0.4120 f x F *) Riêng với cấp trung tính của khí quyển 2 13 3 * 1.54 F h h uu         , m Để tính toán nồng độ cực đại của các chất ô nhiễm trên mặt đất ta có thể giả thiết một cách gần đúng rằng tỷ số y/z là không phụ thuộc vào x. Lúc đó ta lấy đạo hàm phương trình (2) theo z ta sẽ có:   2Max z C H   , m Nếu biết mối quan hệ của z phụ thuộc vào x ta có thể tính được khoảng cách xM sau đó tính y phụ thuộc vào xM sau đó thay vào (2) ta có: 2 0.1656 2 Max yy M M C u Heu H     , mg/m 3 Các hệ số y và z được xác định theo công thức: Đồ án MTKK và XLKT GVHD: PGS-TS: Nguyễn Quỳnh Hương - 62 ---------------------------- L£ ANH TUÊN 49 dt MSSV: 6269 49-------------- - 0.894 y ax  , m - c z bx d   , m Trong đó các hệ số a, b, c, d được xác định bằng cách tra ở PL- 3 III.2. TÍNH TOÁN KHUYẾCH TÁN CÁC CHẤT Ô NHIỄM III.2.1. Tính cho mùa hè III.2.1.1. Xác định chiều cao hiệu quả của ống khói H H h h  , m Cấp ổn định của khí quyển dựa vào: - Vận tốc gió ở độ cao 10 m: vgió= 3,2 m/s - Hướng gió: ĐN - Bức xạ mặt trời vào ban ngày: Mạnh Do vậy cấp ổn định của khí quyển là: Cấp B ( theo bảng :3.4 – [8]) Độ nâng cao vệt khói được xác định theo công thức: 1 23 31.6 f F h x u   , m Trong đó: 2 4 khoi xq khoi T Tg D F T    , m 4 /s 3 Với:  là vận tốc phụt: 1 1 2 2 4. 4 4,48 0,357 . 3,14 4 L D        m/s 2 2 2 2 4. 4 9,27 3,645 . 3,14 1,8 L D        m/s Do đó: 2 1 9,81 0,357 4 90 28,8 2,362 4 (90 273) F        m 4 /s 3 < 55 m 4 /s 3 2 2 9,81 3,645 1,8 120 28,8 6,72 4 120 273 F        m 4 /s 3 < 55 m 4 /s 3 Đồ án MTKK và XLKT GVHD: PGS-TS: Nguyễn Quỳnh Hương - 63 ---------------------------- L£ ANH TUÊN 49 dt MSSV: 6269 49-------------- Vậy 0,625 1 50 2,362 85,56fx    m ; 0,625 2 50 6,72 164,46fx    m 1 23 3 1 2,362 1,6. 85,56 12,93 3,2 h    m ; 1 23 3 2 6,72 1,6. 164,46 28,32 3,2 h    m Do đó chiều cao hiệu quả của ống khói lò điện là: H1 = 50 + 12,93 = 62,93 m Do đó chiều cao hiệu quả của ống khói lò nung là: H2 = 48 + 28,32 = 76,32 m III.2.1.2. Xác định hệ số khuyêch tán - 0.894 y ax  , m - c z bx d   , m Trong đó: Các hệ số a, b, c, d được xác định bằng cách tra bảng 3.3- [8] Ứng với cấp ổn định của khí quyển là cấp B và khoảng cách x xuôi theo chiều gió tính từ nguồn thải (ống khói): tính cho trường hợp : x < 1 km Bảng 2-11: Các hệ số a, b, c, d, y, z x, km a b c d y , m z ,m 0,00 156,0 0 106,6 0 1,149 3,30 0,00 3,30 0.10 156,0 0 106,6 0 1,149 3,30 19,91 10,86 0,20 156,0 0 106,6 0 1,149 3,30 37,00 20,07 0,30 156,0 106,6 1,149 3,30 53,17 30,03 Đồ án MTKK và XLKT GVHD: PGS-TS: Nguyễn Quỳnh Hương - 64 ---------------------------- L£ ANH TUÊN 49 dt MSSV: 6269 49-------------- 0 0 0,40 156,0 0 106,6 0 1,149 3,30 68,76 40,50 0,50 156,0 0 106,6 0 1,149 3,30 83,95 51,37 0,60 156,0 0 106,6 0 1,149 3,30 98,81 62,57 0,70 156,0 0 106,6 0 1,149 3,30 113,41 74,06 0,80 156,0 0 106,6 0 1,149 3,30 127,79 85,79 0,90 156,0 0 106,6 0 1,149 3,30 141,98 97,75 1,00 156,0 0 106,6 0 1,149 3,30 156,00 109,90 c) Các biểu đồ khuyếch tán : Nồng độ các chất độc hại khuếch tán theo các khoảng cách khác nhau: Bảng 2-12: Nồng độ khuếch tán các chất độc trên mặt phẳng theo chiều gió Chấ M, H, u x y z Cx, mg/m 3 Đồ án MTKK và XLKT GVHD: PGS-TS: Nguyễn Quỳnh Hương - 65 ---------------------------- L£ ANH TUÊN 49 dt MSSV: 6269 49-------------- t ô nhiễm mg/s m m/s m 0 0,00 3,30 0 100 19,91 10,86 0.0236 200 37,00 20,07 0.0428 300 53,17 30,03 0.0303 400 68,76 40,50 0.0202 SO2 745 24, 7 3,5 500 83,95 51,37 0.0140 600 98,81 62,57 0.0101 700 113,41 74,06 0.0076 800 127,79 85,79 0.0059 900 141,98 97,75 0.0047 1000 156,00 109,90 0.0039 0 0,00 3,30 0 100 19,91 10,86 0.0236 200 37,00 20,07 0.0428 300 53,17 30,03 0.0303 Đồ án MTKK và XLKT GVHD: PGS-TS: Nguyễn Quỳnh Hương - 66 ---------------------------- L£ ANH TUÊN 49 dt MSSV: 6269 49-------------- 400 68,76 40,50 0.0202 CO 745 24, 7 3,5 500 83,95 51,37 0.0140 600 98,81 62,57 0.0101 700 113,41 74,06 0.0076 800 127,79 85,79 0.0059 900 141,98 97,75 0.0047 1000 156,00 109,90 0.0039 0 0,00 3,30 0 100 19,91 10,86 0.0472 200 37,00 20,07 0.0856 300 53,17 30,03 0.0605 400 68,76 40,50 0.0404 NO 2 149 0 24, 7 3,5 500 83,95 51,37 0.0280 600 98,81 62,57 0.0203 700 113,41 74,06 0.0153 800 127,79 85,79 0.0119 Đồ án MTKK và XLKT GVHD: PGS-TS: Nguyễn Quỳnh Hương - 67 ---------------------------- L£ ANH TUÊN 49 dt MSSV: 6269 49-------------- 900 141,98 97,75 0.0095 1000 156,00 109,90 0.0077 Ta có biểu đồ khuyếch tán nồng độ các chất ô nhiễm của các chất như sau: biÓu ®å kh uyÕch t ¸ n so 2 0.0000 0.0236 0.0428 0.0303 0.0202 0.0140 0.0101 0.0076 0.0059 0.00470.0039 0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 0.045 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 (m) (m g/ m 3 ) Đồ án MTKK và XLKT GVHD: PGS-TS: Nguyễn Quỳnh Hương - 68 ---------------------------- L£ ANH TUÊN 49 dt MSSV: 6269 49-------------- biÓu ®å kh uyÕch t ¸ n co 0.0000 0.0236 0.0428 0.0303 0.0202 0.0140 0.0101 0.0076 0.0059 0.0047 0.0039 0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 0.045 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 (m) (m g/ m 3 ) Đồ án MTKK và XLKT GVHD: PGS-TS: Nguyễn Quỳnh Hương - 69 ---------------------------- L£ ANH TUÊN 49 dt MSSV: 6269 49-------------- biÓu ®é kh uyÕch t ¸ n no 2 0 0.0472 0.0605 0.0404 0.0280 0.0203 0.0153 0.0119 0.0095 0.0077 0.0856 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 (m) (m g/ m 3 ) Tổng hợp 4 biểu đồ trên cùng 1 hệ trục tọa độ như sau: Đồ án MTKK và XLKT GVHD: PGS-TS: Nguyễn Quỳnh Hương - 70 ---------------------------- L£ ANH TUÊN 49 dt MSSV: 6269 49-------------- biÓu ®å k huyÕh t ¸ n c ña 4 c hÊt « nhiÔm 0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 0.012 0.014 0.016 0.018 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 ( m ) ( m g/ m 3 ) SO2 , CO NO2 Bui 3.2.2. Tính cho mùa đông a) Xác định chiều cao hiệu quả của ống khói H H h h  , m Cấp ổn định của khí quyển - Vận tốc gió ở độ cao 10 m: Vgió= 2,5 m/s - Bức xạ mặt trời vào ban ngày: vừa Do vậy cấp ổn định của khí quyển là: Cấp B Tính toán tương tự như ở mùa hè: Độ nâng cao vệt khói được xác định theo công thức: Đồ án MTKK và XLKT GVHD: PGS-TS: Nguyễn Quỳnh Hương - 71 ---------------------------- L£ ANH TUÊN 49 dt MSSV: 6269 49-------------- 1 23 31.6 f F h x u   , m Trong đó: 2 4 khoi xq khoi T Tg D F T   , m 4 /s 3 Vận tốc phụt: 22 2,1.14,3 34,1.4 . .4  D L   = 1,19 m/s )27360( 7,1360 . 4 2,1.19,1.81,9 2   F = 0,584 m 4 /s 3 < 55 m 4 /s 3 Vậy xf = 50.0,584 0,625 = 35,74 m , suy ra : 3 23 1 74,35. 5,2 584,0 .6,1h = 5,8 m Do đó chiều cao hiệu quả của ống khói là: H = 22 + 5,8 = 27,8 m b) Xác định hệ số khuyếch tán - 0.894 y ax  , m - c z bx d   , m Trong đó các hệ số a, b, c, d được xác định bằng cách tra bảng 3.3-[8] Ứng với cấp ổn định của khí quyển là cấp B và khoảng cách x xuôi theo chiều gió tính từ nguồn thải (ống khói): tính cho trường hợp :(x < 1 km) Bảng 3.5: Các hệ số a, b, c, d, y, z x, km a b c d y , m z ,m Đồ án MTKK và XLKT GVHD: PGS-TS: Nguyễn Quỳnh Hương - 72 ---------------------------- L£ ANH TUÊN 49 dt MSSV: 6269 49-------------- 0,00 156,0 0 106,6 0 1,149 3,30 0,00 3,30 0.10 156,0 0 106,6 0 1,149 3,30 19,91 10,86 0,20 156,0 0 106,6 0 1,149 3,30 37,00 20,07 0,30 156,0 0 106,6 0 1,149 3,30 53,17 30,03 0,40 156,0 0 106,6 0 1,149 3,30 68,76 40,50 0,50 156,0 0 106,6 0 1,149 3,30 83,95 51,37 0,60 156,0 0 106,6 0 1,149 3,30 98,81 62,57 0,70 156,0 0 106,6 0 1,149 3,30 113,41 74,06 0,80 156,0 0 106,6 0 1,149 3,30 127,79 85,79 0,90 156,0 0 106,6 0 1,149 3,30 141,98 97,75 Đồ án MTKK và XLKT GVHD: PGS-TS: Nguyễn Quỳnh Hương - 73 ---------------------------- L£ ANH TUÊN 49 dt MSSV: 6269 49-------------- 1,00 156,0 0 106,6 0 1,149 3,30 156,00 109,90 c) Các biểu đồ khuyếch tán : Bảng 3.6: Nồng độ khuếch tán các chất độc trên mặt phẳng theo chiều gió Ch ất ô nhiễm M, mg/s H, m u m/s x m y z Cx, mg/m 3 0 0,00 3,30 0 100 19,91 10,8 6 0.0161 200 37,00 20,0 7 0.0477 300 53,17 30,0 3 0.0377 400 68,76 40,5 0 0.0262 SO2 725 27, 8 2,5 500 83,95 51,3 7 0.0185 600 98,81 62,5 7 0.0135 Đồ án MTKK và XLKT GVHD: PGS-TS: Nguyễn Quỳnh Hương - 74 ---------------------------- L£ ANH TUÊN 49 dt MSSV: 6269 49-------------- 700 113,41 74,0 6 0.0102 800 127,79 85,7 9 0.0080 900 141,98 97,7 5 0.0064 1000 156,00 109, 90 0.0052 0 0,00 3,30 0 100 19,91 10,8 6 0.0161 200 37,00 20,0 7 0.0477 300 53,17 30,0 3 0.0377 400 68,76 40,5 0 0.0262 CO 725 27, 8 2,5 500 83,95 51,3 7 0.0185 Đồ án MTKK và XLKT GVHD: PGS-TS: Nguyễn Quỳnh Hương - 75 ---------------------------- L£ ANH TUÊN 49 dt MSSV: 6269 49-------------- 600 98,81 62,5 7 0.0135 700 113,41 74,0 6 0.0102 800 127,79 85,7 9 0.0080 900 141,98 97,7 5 0.0064 1000 156,00 109, 90 0.0052 0 0,00 3,30 0 100 19,91 10,8 6 0.0323 200 37,00 20,0 7 0.0953 300 53,17 30,0 3 0.0754 400 68,76 40,5 0 0.0524 Đồ án MTKK và XLKT GVHD: PGS-TS: Nguyễn Quỳnh Hương - 76 ---------------------------- L£ ANH TUÊN 49 dt MSSV: 6269 49-------------- NO 2 145 0 27, 8 2,5 500 83,95 51,3 7 0.0370 600 98,81 62,5 7 0.0271 700 113,41 74,0 6 0.0205 800 127,79 85,7 9 0.0160 900 141,98 97,7 5 0.0128 1000 156,00 109, 90 0.0104 Ta có biểu đồ khuyếch tán nồng độ các chất ô nhiễm của các chất vào mùa đông như sau: Đồ án MTKK và XLKT GVHD: PGS-TS: Nguyễn Quỳnh Hương - 77 ---------------------------- L£ ANH TUÊN 49 dt MSSV: 6269 49-------------- biÓu ®é kh uyÕch t ¸ n so 2 0 0.0161 0.0477 0.0377 0.0262 0.0185 0.0135 0.0102 0.0080 0.0064 0.0052 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 (m) (m g/ m 3 ) Đồ án MTKK và XLKT GVHD: PGS-TS: Nguyễn Quỳnh Hương - 78 ---------------------------- L£ ANH TUÊN 49 dt MSSV: 6269 49-------------- biÓu ®é kh uyÕch t ¸ n co 0 0.0161 0.0477 0.0377 0.0262 0.0185 0.0135 0.0102 0.0080 0.0064 0.0052 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 (m) (m g/ m 3 ) Đồ án MTKK và XLKT GVHD: PGS-TS: Nguyễn Quỳnh Hương - 79 ---------------------------- L£ ANH TUÊN 49 dt MSSV: 6269 49-------------- biÓu ®å kh uyÕch t ¸ n no 2 0 0.0323 0.0953 0.0754 0.0524 0.0271 0.0205 0.0160 0.0128 0.0104 0.0370 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 (m) (m g/ m 3 ) Tổng hợp 4 biểu đồ trên cùng 1 hệ trục tọa độ như sau: Đồ án MTKK và XLKT GVHD: PGS-TS: Nguyễn Quỳnh Hương - 80 ---------------------------- L£ ANH TUÊN 49 dt MSSV: 6269 49-------------- biÓu ®å k huyÕh t ¸ n c ña 4 c hÊt « nhiÔm 0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 0.012 0.014 0.016 0.018 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 ( m ) ( m g/ m 3 ) SO2 , CO NO2 Bui