Dồ an xử ly SO2 của nha may gang thep

ĐỒ ÁN KỸ THUẬT XỬ LÍ KHÍ THẢITính toán thiết kế hệ thống xử lý khí SO 2 trong khí thải lò nung của nhà máy luyện thép công suất 90.000 tấn/năm ĐỀ CƯƠNG ĐỒ ÁN Lời nói đầu Nhận xét của gi

ĐỒ ÁN KỸ THUẬT XỬ LÍ KHÍ THẢI

Tính toán thiết kế hệ thống xử lý khí SO 2 trong khí thải lò nung của nhà máy luyện thép công suất 90.000 tấn/năm

ĐỀ CƯƠNG ĐỒ ÁN Lời nói đầu

Nhận xét của giáo viên hướng dẫn

Mục lục

Các bản vẽ

Phần mở đầu

• Đặt vấn đề

• Nội dung đồ án

• Phương pháp thực hiện đồ án

• Đối tượng thực hiện

Chương I: Tổng quan về khí thải lò nung dùng nhiên liệu FO

• Mô tả ngành sản xuất thép

• Tổng quan về dầu FO

o Khái niệm

o Phân loại

o Các chỉ tiêu xác định chất lượng dầu FO

• Bảng 1.1 : Thành phần (%) lưu huỳnh có trong dầu FO

FO N o 1

FO N o 2A (2,0 S)

FO N o 2B (3,0 S) (3,5 S)

Hàm lượng lưu huỳnh

(% khối lượng, max)

• Nguồn: Theo Tiêu Chuẩn Cơ Sở 06:2010/SP Nhiên liệu đốt lò FO

• Khí thải sinh ra từ lò nung nhiên liệu dầu FO

o Giới thiệu chung về lò nung

o Khí thải lò nung

o Đặc điểm khí thải lò nung đốt bằng dầu FO

o Ảnh hưởng của khí thải lò nung dùng dầu FO

Chương II: Các phương pháp xử lý khí thải lò nung và giới thiệu khí SO2 sinh ra từ lò nung dùng nhiên liệu dầu FO

I. Tổng quan về các phương pháp xử lý khí thải lò nung

1. Phương pháp hấp thụ

• Tháp hấp thụ + Tháp phun

- Cấu tạo

- Nguyên lí hoạt động

- Ưu điểm, nhược điểm + Tháp đệm

- Cấu tạo

- Nguyên lí hoạt động

- Ưu điểm, nhược điểm + Tháp mâm

- Cấu tạo

- Nguyên lí hoạt động

- Ưu điểm, nhược điểm

2. Phương pháp hấp phụ

+ Than hoạt tính

- Khái niệm

- Ưu điểm, nhược điểm + Zeolites

- Khái niệm

- Ưu điểm, nhược điểm

3. Phương pháp đốt

+ Tổng quan + Ưu điểm, nhược điểm

II. Giới thiệu về khí SO 2 sinh ra từ lò nung nhiên liệu dầu FO

1. Khái quát

2. Tác hại của khí SO2

-Đối với con người

- Đối với thực vật

- Đối với môi trường

3. Đặc điểm của khí SO2 từ lò nung

4. Các phương pháp xử lý khí SO2

• Phương pháp hấp thụ

+ Hấp thụ khí SO2 bằng nước + Hấp thụ khí SO2 bằng CaCO3 (Đá vôi) hoặc CaO (Vôi nung)

+ Hấp thụ khí SO2 bằng Magie Oxit (MgO) + Hấp thụ khí SO2 bằng ZnO

+ Hấp thụ khí SO2 bằng natri sunfit (Na2SO3) + Hấp thụ SO2 bằng kiềm kép

• Phương pháp hấp phụ

+ Phương pháp hấp phụ bằng các amin thơm + Phương pháp CaCO3

+ Xử lí khí SO2 bằng các chất hấp phụ thể rắn

- Hấp phụ khí SO2 bằng than hoạt tính

- Xử lí khí SO2 bằng than hoạt tính có tưới nước

- Xử lí khí SO2 bằng nhôm oxit kiềm hóa

- Xử lí khí SO2 bằng mangan oxit (MnO)

- Xử lí khí SO2 bằng vôi và dolomit trộn vào than nghiền

Chương III: Đề xuất phương án xử lý, tính toán thuyết kế

I. Tính toán nồng độ, và lưu lường các chất thải (tính toán lượng

nhiên liệu cần cho lò nung dầu FO)

1. Lựa chọn phương pháp xác định tải lượng

2. Tính toán lưu lượng và nồng độ đầu vào

- Nhà máy có công suất 90.000 tấn phôi thép/năm Nhà máy làm việc 1 năm – 300 ngày; 1 ngày làm việc 24h

+ Công suất 1 ngày là:

- Để nung 1 tấn thép cần 30 lít dầu FO + Lượng dầu FO cần cho 1h:

=>12,5 tấn/h30 lít dầu= 375 = 364kg

(1 lít dầu = 0,97 kg dầu)

Bảng 3.1: Hệ số phát thải ô nhiễm do đốt dầu FO

Chất gây ô

nhiễm

Hệ số phát thải (g/l)

Nhà máy điện Công nghiệp khác

NO2 12,46 8,62

Bảng 3.2: Thành phần dầu FO

Nguồn: Ô nhiễm không khí & Xử lý khí thải, Tập 3 – Trần Ngọc Chấn

- Lượng không khí cần thiết để đốt cháy 1 kg dầu:

Lt = 11,53 C + 34,4 (H – ) + 4,29 S (kgkk/kgdầu)

- Lượng khí thải ở điều kiện chuẩn (1at, 2730K) được tính theo công thức:

Lk0 = (mf – mNC) + Lt (m3kk/kgdầu ) Trong đó: mf: là khối lượng nhiên liệu

mNC: là hàm lượng tro trong dầu

- Lò nung họat động có hệ số nhiệt thừa là α = 1,2 và Tkhói =

2000C Khi đó, lưu lượng khói thải khi đốt 1kg dầu được tính

theo công thức:

Lk = = (m3kk/kgdầu)

- Lưu lượng khói thải ở 2000C:

Lk m3/kg lượng dầu FO l/h 0,97 kg/l = (m3/h)

- Lưu lượng khói thải ở 250C:

Lưu lượng khói thải 2000C = (m3/h)

- Nồng độ các chất ô nhiễm trong khí thải dầu FO (ở 250C) được tính theo công thức:

Nồng độ (mg/m3) =

Bảng 3.3: Nồng độ các chất ô nhiễm chủ yếu trong khí thải dầu FO

Chất gây ô

- Giả sử nhà máy A nằm trong khu công nghiệp B hoạt động kể

từ ngày 29/10/2013 nên so sánh nồng độ khí thải phát sinh với cột B QCVN 19:2009/BTNMT

- Theo QCVN 19: 2009/BTNMT, nồng độ tối đa cho phép của SO2 được tính theo công thức sau:

Cmax = C Kp Kv

Trong đó:

 Cmax là nồng độ tối đa cho phép của bụi và các chất vô cơ trong khí thải công nghiệp (mg/Nm3)

 C là nồng độ của bụi và các chất vô cơ (mg/Nm3) quy

định tại mục 2.2 QCVN 19:2009/BTNMT

 Kp là hệ số lưu lượng nguồn thải quy định tại mục 2.3 QCVN 19:2009/BTNMT với P<20000 (m3/h) chọn Kp = 1

 Kv là hệ số vùng, khu vực quy định tại mục 2.4 QCVN 19:2009/BTNMT với giả sử nhà máy A thuộc công nghiệp

B chọn Kv = 1

 Bảng 3.4: Nồng độ các chất ô nhiễm ở miệng ống khói

Khí thải

Thiết bị làm nguội

Tháp hấp thụ

Quạt

Ống thải

Bể trung hòa

Khí thải đạt tiêu chuẩn Nước

Cột B QCVN 19:200

9 (Cmax)

II. Đề xuất phương án xử lý

1. Cơ sở lựa chọn công nghệ

Nguồn khói thải từ lò nung có các thông số sau :

- Lưu lượng khí

- Nồng độ SO2

- Nhiệt độ khói thải

- Áp suất

Thiết bị xử lý khí SO2 phổ biến là tháp hấp thụ

Hiệu suất của quá trình xử lý bằng hấp thụ (E)

 Tiêu chí chọn sơ đồ công nghệ:

 Hiệu quả xử lý cao

 Dễ vận hành

 Quy trình công nghệ đơn giản, chi phí đầu tư ban đầu và chi phí hoạt động thấp

 Nguồn nhiên liệu rẻ, dễ kiếm

 Có khả năng hấp thụ cao

2. Sơ đồ công nghệ

 Phương án 1

Khí thải

Thiết bị tái sinh kết tinh

Ống thải

Khí thải đạt tiêu chuẩn

dd NACO3

 Phương án 2

Thiết bị làm nguội

Tháp hấp thụ

ZnO Dd sau hấp thụ

ZnSO 3 và

hơi H 2 O +khí SO 2

 So sánh 2 phương án

Phương án 1:

Hấp thụ SO2 bằng nước

Phương án 2:

Hấp thụ SO2 bằng NACO3

- Rẻ tiền

- An toàn

- Hiệu suất thấp

- Tốn nhiều năng lượng

- Rẻ tiền

- Chất hấp thụ dể kiếm

- Thu được các sản phẩm cần thiết

- Tuần hoàn được chất hấp phụ

III. Tính toán, thiết kế một thiết bị xử lý SO 2 – tháp đệm

1 Cân bằng vật chất

NaOH đầu vào –

(kmol/kmol lỏng)

a) Đầu vào

G1 = (kmol/h)

Trong đó:

P: áp suất làm việc (atm)

V: thể tích của hỗn hợp khí thải (m3)

G1: số các hạt trong khối khí (kmol/h)

R: hằng số khí

T: nhiệt độ khí vào tháp (0K)

= (kmol/h)

Suất lượng mole của SO2:

: nồng độ khí SO2 ban đầu, mg/m3

V: thể tích của hỗn hợp khí thải (m3/h)

MSO2: khối lượng mol của SO2, kg/kmol

Sản lượng mole của cấu tử trơ:

= G1 - (kmol/h)

Nồng độ phân mole của SO2 trong hỗn hợp khí:

= (mol SO2/mol hỗn hợp khí)

Tỷ số mol:

= (mol SO2/mol khí trơ)

Khối lượng riêng của pha khí ở 00C và 1atm:

(kg/m3)

Trong đó:

: khối lượng riêng của SO2 ở 00C và áp suất 0,101106 Pa, kg/m3

(Nguồn: Tài liệu học tập Kỹ thuật xử lý khí thải – CBGD Dư

Mỹ Lệ – Quá trình hấp thụ) -nêu nguồn khác được không

: khối lượng riêng của không khí ở 00C và áp suất 0,101106 Pa, kg/m3 (Nguồn: Tài liệu học tập Kỹ thuật xử lý khí thải – CBGD

Dư Mỹ Lệ – Quá trình hấp thụ)

+ Khối lượng riêng của pha khí ở 500C và 1atm:

Trong đó:

: khối lượng riêng của pha khí ở 00C, kg/m3

P: áp suất làm việc, atm

P0: áp suất của hỗn hợp khí ở điều kiện chuẩn, atm

T0: nhiệt độ pha khí ở điều kiện chuẩn, 0K

T: nhiệt độ pha khí ở điều kiện đang xét, 0K

b) Đầu ra

Suất lượng mole của SO2 được hấp thụ:

M = ŋ (kmol/h)

Trong đó: ŋ là hiệu suất của quá trình hấp thụ (%)

Suất lượng mole của SO2 còn lại trong hỗn hợp khí ở đầu ra: = – M (kmol/h)

Suất lượng mole của khí ở đầu ra:

= + (kmol/h)

Nồng độ phân mole của SO2 trong hỗn hợp khí đầu ra:

= (mol SO2/mol hỗn hợp khí)

Tỷ số mol:

= (mol SO2/mol khí trơ)

Khối lượng riêng của pha khí ở 00C và 1atm:

(kg/m3)

Khối lượng riêng của pha khí ở 400C và 1atm (ta xem như nhiệt

độ dòng khí ra bằng với nhiệt độ làm việc là 400C):

2. Xác định phương trình cân bằng

Bảng 3.5: Bảng thể hiện độ hòa tan của SO 2 trong nước ở 40 o C

và áp suất 1 atm

mgSO2/100

Nguồn: Tài liệu học tập Kỹ thuật xử lý khí thải – CBGD Dư Mỹ Lệ – Quá trình hấp thụ

3. Xác định phương trình làm việc

• Xác định Lmin

• Xác định Xđ và Xc

• Vẽ đường cân bằng và đường làm việc trên cùng đồ thị

4. Tính toán kích thước của tháp hấp thụ

• Chọn vật liệu đệm

• Tính đường kính tháp hấp thụ

Bảng 3.8: Khối lượng riêng của dung dịch NaOH 10%

(kg/m 3 ) theo nhiệt độ (ở áp suất khí quyển)

-20 o C 0 o C 20 o C 40 o C 60 o C 80 o C 100 o C 120 o C

Nguồn: Theo Bảng 4 trang 11 – Quá trình và thiết bị công nghệ hóa học và thực phẩm – Bài tập truyền khối – Trịnh Văn Dũng

Bảng 3.9: Độ nhớt động lực của dung dịch NaOH 10% (C n ) theo nhiệt độ

Nguồn: Theo Bảng 9 trang 16 – Quá trình và thiết bị công nghệ hóa học và thực phẩm – Bài tập truyền khối – Trịnh Văn Dũng

- Đường kính tháp hấp thụ:

Trong đó:

v – Vận tốc biểu kiến của dòng khí ứng với tổng tiết diện của tháp, m/s;

Q – Lưu lượng của dòng khí đi qua tháp hấp thụ, m3/s;

- Tính vận tốc biểu kiến của pha khí v ứng với điểm lụt theo phương trình:

Trong đó:

σ – Bề mặt riêng của đệm, m2/m3;

Vt – Thể tích tự do của đệm, m3/m3;

ρk, ρL – Khối lượng riêng của pha khí và pha lỏng, kg/m3;

µL – Độ nhớt động lực của pha lỏng ở nhiệt độ làm việc, kg/m.s;

µl – Độ nhớt động lực của nước ở 20oC, mPa.s; µl = 1,005 10-3 kg/m.s;

L, G – Suất lượng dòng lỏng và dòng khí, kg/s;

C – Hệ số phụ thuộc dạng quá trình, đối với quá trình hấp thụ (C = 0,022 cho vật liệu đệm là vòng hay xoắn);

v – Vận tốc làm việc của pha khí v = (0,75 ÷ 0,9)vf -Khối lượng riêng của pha khí:

- Khối lượng riêng của pha lỏng với nhiệt độ làm việc ở tháp

là 40oC nên theo bảng trên ta có ρL = 1100 kg/m3

- Nồng độ phần mol trung bình:

(mol SO2/mol hh khí)

- Khối lượng mol của hỗn hợp khí:

- Độ nhớt của SO2 ở nhiệt độ làm việc được tính theo công thức:

- Độ nhớt của không khí ở nhiệt độ làm việc được tính theo công thức:

- Độ nhớt của pha khí được tính theo công thức:

- Suất lượng dòng khí:

- Suất lượng của dòng lỏng ở đầu ra:

Lc = Ltt + M c) Tính chiều cao của tháp hấp thụ

– Chiều cao một đơn vị truyền khối theo pha khí (hy)

Trong đó:

Vt – Thể tích tự do của đệm, m3/m3;

σ – Bề mặt riêng của đệm, m2/m3;

ψ – Hệ số thấm ướt của đệm – Chiều cao của một đơn vị truyền khối theo pha lỏng (hx)

– Chiều cao của lớp đệm

H = NOG HOG

5. Tính toán cơ khí

– Chọn vật liệu

– Tính bề dày thân tháp

– Xác định áp suất làm việc trong tháp

P= pmt + pb (N/m2) Trong đó: pmt: áp suất pha khí trong thiết bị, pmt= 1at =

0,1013.106 (N/m2)

Pl: áp suất thủy tĩnh của cột chất lỏng trong thiết bị – Tính nắp và đáy thiết bị

– Lưới tách ẩm – Tính toán tổng ống dẫn khí, lỏng ra vào khỏi tháp – Tính bích

– Chân đỡ – Lưới đỡ đệm – Tính toán vòi phun

Chương IV: Kết luận, kiến nghị

TÀI LIỆU THAM KHẢO

(Làm lại danh mục này theo đúng quy định)

1. Tổ chức Y tế Thế Giới (WHO), 1993

2. Tài liệu học tập Kỹ thuật xử lý khí thải - CBGD Dư Mỹ Lệ - Quá trình hấp thụ

3. Quá trình và thiết bị công nghệ hóa học và thực phẩm - Tập 3 - Truyền khối - Vũ Bá Minh)

4. Sổ tay Quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất, tập 2 – NXB Khoa học và Kỹ thuật Hà Nội)

5. Quá trình và thiết bị công nghệ hóa học và thực phẩm - Bài tập truyền khối - Trịnh Văn Dũng)

6. Sổ tay Quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất-Tập 1- NXB Khoa học và Kỹ thuật

7. Bài tập Các quá trình cơ học - Nguyễn Văn Lục và Hoàng Minh Nam – NXB ĐHQG Tp.HCM)

8. Các quá trình và thiết bị cơ học - Quyển 2 - Vũ Bá Minh - Nguyễn Văn Lục - Hoàng Minh Nam - Trần Hùng Dũng - NXB ĐHQG Tp.HCM

9. Kiểm soát ô nhiễm không khí – PGS.TS.Nguyễn Đinh Tuấn (Chủ biên) – THS Nguyễn Thanh Hùng