THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ KHÍ THẢI LÒ HƠI THUỘC CÔNG TY CỔ PHẦN CAO SU ĐÀ NẴNG

Trong thời đại công nghiệp hoá hiện đại hoá, con người đang phải đối mặt với sự khủng hoảng sinh thái, mà nguyên nhân chính lại do chính con người gây ra. Vấn đề bảo vệ môi trường trở nên mang tính cấp cấp bách và được sự quan tâm của các quốc gia trên toàn thế giới.

phải đối mặt với sự khủng hoảng sinh thái, mà nguyên nhânchính lại do chính con người gây ra Vấn đề bảo vệ môi trườngtrở nên mang tính cấp cấp bách và được sự quan tâm của cácquốc gia trên toàn thế giới.

Cùng với việc xây dựng ngày càng nhiều các nhà máy, khu côngnghiệp, các khu chế xuất… phục vụ nhu cầu sống của conngười, môi trường không khí cũng theo đó mà ô nhiễm và ngàycàng trầm trọng hơn Tuy nhiên, con người sống không thể thiếukhông khí và cần một môi trường không khí trong lành, nênchính con người phải bảo vệ môi trường sống của chính mình vàkhắc phục những hậu quả mà do hoạt động sống của mình gâyra

Hiện nay, ở Việt Nam, nhiều nhà máy, công ty… đang hoạtđộng và hằng ngày thải ra môi trường những chất thải rất co hại,

có nguy cơ gây ảnh hưởng lớn đến môi trường sinh thái Cầnphải có các biện pháp xử lý chúng, đem lại

2Công ty cỗ phần cao su Đà Nẵng, nằm trong khu vực có dân cưsinh sống ở xung quanh, có nhiều vấn đề liên quan đến môitrường cần được quan tâm, đặc biệt là môi trường không khí.Trước những vấn đề trên, tôi đã thực hiện đề tài:

“THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ KHÍ THẢI LÒ HƠI THUỘC CÔNG TY CỔ PHẦN CAO SU ĐÀ NẴNG”

- Nhiên liệu được sử dụng tại Công ty cao su Đà Nẵng làdầu FO, với thành phần gồm có: cacbon (Cp), hyđro (Hp), oxy(Op), nitơ (Np), lưu huỳnh (Sp), độ tro (Ap) và độ ẩm (Wp), tổngcủa toàn bộ các thành phần đúng bằng 100% (bảng 8.1).

- Hệ số cháy không hoàn toàn: η = 0,03

- Hệ số tro bay theo khói: a = 0,8

- Nhiệt độ khói thải: tkhói = 200oC

m3chuẩn/kgN

L

7 Lượng hơi nước

8

Lượng khí N2 trong

SPC

VN2 = 0,8.10-2NP+0,79Vt

11,536

m3chuẩn/kgNL

15,522

m3chuẩn/kgNL

Bảng 8.3 Lượng khói thải và tải lượng các chất ô nhiễm

có trong khói thải

1 số

2

số 3

m V

L 

2,406(m3/s)

4,015(m3/s)

1,992(m3/s)

C T

t L

4,168(m3/s)

10,421(m3/s)

3,451(m3/s)

2

so tc SO SO

m V

8,938(g/s)

22,458(g/s)

7,438(g/s)

10 3

CO tc

CO m V

9,041(g/s)

22,602(g/s)

7,4845(g/s)

2 CO tc CO

CO

m V

459,36(g/s)

1148,4(g/s)

380,33(g/s)

10 p tc

bui

m A a

(g/s)

0,930(g/s)

0,308(g/s)

Bảng 8.4 Nồng độ phát thải của các chất ô nhiễm

Kết quả

Lò hơi số 1

Lò hơi số 2

Lò hơi số 3

1 Khí SO2

T

2 2

- Đối chiếu với giới hạn tối đa cho phép của bụi và cácchất vô cơ trong khí thải công nghiệp theo TCVN 5939 – 1995được trích dẫn trong bảng 8.5, vì công ty là cơ sở sản xuất thuộcloại A nên khí SO2 của lò hơi số 1 và 2 vượt tiêu chuẩn cho phép1,44 lần và khí CO vượt tiêu chuẩn cho phép 1,45 lần, còn cáckhí thải khác đều nằm trong tiêu chuẩn cho phép Vì lượng khíthải CO tại miệng ống khói vượt tiêu chuẩn cho phép do sự cháykhông hoàn toàn về mặt hóa học và cơ học, nên chỉ cần quantâm 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]

Giới hạn cho phép (mg/m 3 ) 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

z

2 2

y

2

z y z)

(x,

2

H z exp 2

H z exp 2

y exp v 2π

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 khíthải

- 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 độnâng cao của luồng khói, [3.54] [2]:

T

T T pD 2.68.10 1,5

D : Đường kính của miệng ống khói, m

p : Áp suất khí quyển, millibar (1atm = 1013 mbar)

12Tkhói, Txq: lần lượt là nhiệt độ tuyệt đối của khói và củakhông khí xung quanh, K.

- Khi tính toán nồng độ ô nhiễm trên mặt đất (z =0), thìcông thức trên sẽ trở thành, [3.33] [2]:

CX,Y,0 =

z

y π.u.

8.1.2.2 Tính chiều cao hiệu quả của ống khói

- Theo công thức tính của Holland, độ nâng cao của vếtkhói ∆H được thể hiện trong bảng 8.8

Bảng 8.8 Kết quả tính toán độ nâng cao của vệt khói thải

u [m/s]

1

Mùa

Hè 0,9 6,552 3,1 473 307,3 1013 2,363Mùa

Đông

1 13,268 3,4 473 291,5 1013 8,927

Bảng 8.9 Chiều cao hiệu quả của ống khói

Chiều cao hiệu

quả

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

1.2.3 Tính toán phân bố các chất ô nhiễm

- Để tính nồng độ cực đại Cmax trên mặt đất, ta có thể sửdụng công thức [3.35] [2]:

z(Cmax)  H2

Bảng 8.10 Kết quả tính Xmax,  y, Cmax theo hệ số  z và chiều cao hiệu quả H của ống khói

 30,120 30,120 30,120 30,120 29,777 29,77

729,777 29,77

7

3 (g/m )

- Áp dụng các công thức trên với hướng gió Bắc – ĐôngBắc (về mùa đông) và Đông – Đông Nam (về mùa hè), ta có kếtquả tính toán phân bố nồng độ SO2, CO, CO2, bụi được thể hiệntrong 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

C 1 (x,y

) (mg/m

4,10

-06 4,10-098,10-088,10-08 4,10

-06

3,310 09

200 0

C 1 (x) (mg/m

3 )

0,041 0,041 2,08

80,002 0,037 0,037 1,904 0,002

C 1 (x,y ) (mg/m

3 )

0,024 0,024

1,22

2 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

Các chất ô nhiễm SO2 CO CO2 BUI SO2 CO CO2 BUI

0,002 0,002 0,091 7,10-5 0,012 0,012 0,091 0,001

C 1 (x,y) (mg/m 3 )0,000

9,24,10

-53 5,10-514,10-546,10-526,10-525,10-51 2,6,10-53

200

C 1 (x) (mg/m 3 )

0,456 0,459 23,301 0,019 0,733 0,738 23,301 0,030

C 1 (x,y) (mg/m 3 )0,000 2,5,10

-151,10-131,10-160,000 4,10-151,10-13 1,6,10-16

300 C 1 (x)

(mg/m 3 )

0,888 0,894 45,416 0,037 1,062 1,069 45,416 0,044

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

Các chất ô nhiễm SO2 CO CO2 BUI SO2 CO CO2 BUI Khoảng

2,10-511,96,10-51 1,10-49 8,10-532,10-512,10-511,10-49 8,3,10-53

200

C 3 (x) (mg/m3)

0,490 0,493 25,036 0,020 0,462 0,465 23,632 0,019

C 3 (x,y) (mg/m3 )

3,10-15 2,6,10-15 1,3,10-131,10-162,10-15 2,10-5 1,10-13 1,10-16

300

C 3 (x) (mg/m3)

0,516 0,519 26,390 0,021 0,478 0,481 24,463 0,020

C 3 (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 C 3 (x)

(mg/m3) 0,411 0,414 21,041 0,017 0,379 0,381 19,373 0,016

C 3 (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

+ 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)

17000,1360,137 5,010 5,6.10-3 0,125 0,125 4,570 5,2.10-318000,1290,130 4,708 5,3.10-3 0,118 0,119 4,295 4,9.10-319000,1220,123 4,427 5,1.10-3 0,112 0,113 4,038 4,6.10-320000,1160,117 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 khíthải lò hơi với nhiên liệu đốt là dầu FO (Chương 2) theo hệ số ônhiễm do cơ quan bảo vệ môi trường Mỹ (US.EPA) xây dựng vàkết quả nồng độ các chất ô nhiễm trong khí thải được thể hiệntrong bảng 3.2 (chương 3), thì chỉ có SO2 vượt tiêu chuẩn chophép (TCVN 5939 – 1995) khoảng 1,92 lần và các kết quả thuđược bảng 8.4 cho thấy so với TCVN 5939 –1995 (bảng 8.5) thìSO2 trong khí thải tại miệng ống khói của cả hai lò hơi trongcông ty đều vượi tiêu chuẩn cho phép 1,44 lần, còn CO thì vượttiêu chuẩn cho phép1,45 lần

- Để tính được mức độ ô nhiễm của khí thải trên mặt đấtảnh hưỡng đến môi trường không khí xung quanh, ta dựa vàobảng 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 trongkhông khí xung quanh, mg/m3), [5]

8.1.2.4 Biểu đồ thể hiện sự phân bố nồng độ khí thải lò hơi

BIỂU ĐỒ C SO2 = f(X,D,H) - THEO TRỤC GIÓ

BIỂU ĐỒ C SO2 = f(X,D,H) - THEO TRỤC GIÓ

BIỂU ĐỒ C hhSO2 = f(X,Y,D,H) THEO TRỤC GIÓ

BIỂU ĐỒ CCO = f(X,D,H) THEO TRỤC GIÓ

BIỂU ĐỒ C hhCO = f(X,Y,D,H) THEO TRỤC

BIỂU ĐỒ C CO2 = f(X,D,H) THEO TRỤC GIÓ MÙA

BIỂU ĐỒ C hhCO2 = f(X,D,H) THEO TRỤC GIÓ

GIÓ MÙA ĐÔNG

BIỂU ĐỒ C BỤI = f(X,D,H) THEO TRỤC GIÓ

BIỂU ĐỒ C hhBỤI = f (X,Y,D,H) THEO TRỤC GIÓ

8.1.3.1 Tính chất và tác hại của khí SO 2

- Khí SO2 được sinh ra từ quá trình đốt nhiên liệu có chứalưu huỳnh như than, dầu FO, dầu DO Khí SO2 là loại khí khôngmàu, 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 khíquyển Khí SO2, SO3 (gọi chung là SOx) là những khí độc hạikhông chỉ đối với sức khỏe con người, động thực vật mà còn tácđộng lên các vật liệu xây dựng, các công trình kiến trúc Chúng

xuyên với không khí có nồng độ SO2, SO3 cao nên đều mắcbệnh đường hô hấp.

- SOx bị oxy hóa ngoài không khí và phản ứng với nướcmưa tạo thành axit sulfuric hay các muối sulfate gây hiện tượngmưa axit, ảnh hưởng xấu đến sự phát triển thực vật Khi tiếp xúcvới môi trường có chứa hàm lượng SO2 từ 1- 2 ppm trong vàigiờ có thể gây tổn thương lá cây Đối với các loại thực vật nhạycảm như nấm, địa y, hàm lượng 0,15 - 0,30 ppm có thể gây độctính cấp Sự có mặt của SOx trong không khí ẩm còn là tác nhângây ăn mòn kim loại, bê tông và các công trình kiến trúc SOxlàm hư hỏng, làm thay đổi tính năng vật lý, làm thay đổi màusắc vật liệu xây dựng như đá vôi, đá hoa, đá cẩm thạch, phá hoạicác tác phẩm điêu khắc như tượng đài, sắt, thép và các kim loạikhác ở trong môi trường khí ẩm, nóng và bị nhiễm SOx thì bịhan gỉ rất nhanh SOx cũng làm hư hỏng và giảm tuổi thọ cácsản phẩm vải, nylon, tơ nhân tạo, đồ bằng da và giấy…

- Cơ chế của quá trình có thể chia thành 3 bước:

+ Khuếch tán các phân tử chất ô nhiễm thể khí trongkhối 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:

lớp biên hoặc tử lớp biên đi vào pha khí.

+ Thâm nhập và hoà tan chất khí vào bề mặt của chấthấp thụ

+ Khuếch tán chất khí đã hoà tan trên bề mặt ngăncách vào sâu trong lòng chất lỏng hất thụ Quá trình hấp thụ phụthuộc vào sự tương tác giữa chất hấp thụ và chất bị hấp thụtrong pha khí

54+ 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 loạinào miễn sao có thể hoà tan được thành phần tách ra từ dòngkhí Tuy nhiên những chất hấp thụ công nghiệp áp dụng trongquá trình làm sạch liên tục dòng khí thải cần thoả mãn một sốyêu cầu sau:

- Yêu cầu của thiết bị:

Hiệu quả và khả năng cho khí đi qua, trở lực thấp (<3000pa), 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 Khiđồng thời hấp thụ nhiều khí, vận tốc hấp thụ của mỗi khí bị giảmxuống 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 cưỡngbức thúc đẩy quá trình truyền khối Có các loại thiết bị hấp thụđược 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 làmcho 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

+ 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

acid, muối…Sử dụng các đĩa lọc khí, gồm nhiều đơn nguyênghép lại nên dễ dàng lắp đặt và thay đổi theo nhu cầu xử lý.

- Có thể sử dụng trong một khoảng giới hạn năng suấtlớn: 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 thànhphần của hỗn hợp khí hay dung dịch bằng vật thể rắn Nhữngchất hấp phụ được áp dụng trong kỹ thuật xử lý khí thải có sựphát triển bề mặt bên trong rất lớn và chúng cần phải đáp ứngmột số yêu cầu sau:

+ Có khả năng hấp phụ lớn

+ Không tác dụng hóa học với các thành phần khíriêng biệt có trong khí thải

+ Có tính lựa chọn cao

58+ Có độ bền cơ học cao, yêu cầu này cần được chú ýhơn 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

+ 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 sựxáo trộn mãnh liệt chất hấp phụ

60+ 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 củaphân tử khí với chất trao đổi ion, có thể xảy ra sự hoà tan củamột số chất khí vào trong nước (nếu trong nước có chất trao đổiion) Những chất trao đổi ion có đồng thời tính chất của chất hấpphụ rắn lẫn tính chất của chất hấp phụ lỏng

- Ưu điểm:

+ Vận tốc khí xử lý lưu thông cao 7000 – 10000 m3/hcho 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 cùngmột 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

sự có mặt của chất xúc tác đặc biệt Thường dùng trong cáctrường hợp khí thải của các quá trình công nghệ không thể thuhồi 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)

62Được áp dụng khá phổ biến trong sản xuất sơn, trong quátrình điều chế một số sản phẩm hóa, điện hóa và điện tử, trongcông nghiệp hóa dầu, sản xuất methanol.

- Có hai dạng:

+ Thiêu huỷ không có chất xúc tác: chỉ áp dụng vớikhí thải có nồng độ chất độc hại cao và có hàm lượng oxy đủlớn

+ Thiêu huỷ có chất xúc tác: thích hợp cho các khí độchại 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 đócác khí thành phần bị ngưng tụ và tách ra khỏi dòng khí Phươngpháp này thường được áp dụng để thu hồi các dung môi hữu cơ:xăng dầu, axeton, toluen… Đối với các dung môi hữu cơ cónhiệt độ sôi cao thì có thể thu hồi lại được những bằng cách đơngiản và đỡ tốn kém hơn so với các dung môi có nhiệt độ sôithấp

C C η

V

R V

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 SO 2 trong khí thải lò hơi

Tại công ty cao su Đà Nẵng có 2 xưởng năng lượng, xưởngnăng lượng cho xí nghiệp ô tô (gồm có 4 lò hơi) và xưởng nănglượng cho xí nghiệp xe đạp – xe máy và đắp lốp (gồm có 3 lòhơi)

- Xưởng năng lượng số 1 thuộc xí nghiệp ô tô:

+ Hai lò hơi loại 4 tấn hơi/giờ, khí thải được dẫn ra ốngkhói số 1 có đường kính D = 900 mm

+ Hai lò hơi loại 10 tấn hơi/giờ, khí thải được dẫn ra ốngkhói số 2 có đường kính D = 1000 mm

- Xưởng năng lượng số 2 thuộc xí nghiệp xe đạp – xemáy và đắp lốp:

+ Một lò hơi loại 1,8 tấn hơi/giờ, hai lò hơi loại 2,5 tấnhơi/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 bịscrubber 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