ĐỒ ÁN Thiết kế khí Môi trường NGÀNH XI MĂNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

PHỤ LỤCDANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Sản lượng xi măng toàn cầu năm 2010 Hình 1.2: Sơ đồ sản xuất xi măng Hình 2.1: Buồng lắng bụi thực tế và hình minh họa Hình 2.2: Đường cong hiệu quả lọc th

Trang 1

PHỤ LỤC

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1: Sản lượng xi măng toàn cầu năm 2010

Hình 1.2: Sơ đồ sản xuất xi măng

Hình 2.1: Buồng lắng bụi thực tế và hình minh họa

Hình 2.2: Đường cong hiệu quả lọc theo cỡ hạt của buồng lắng bụi

Hình 2.3: Mặt cắt dọc buồng lắng chia làm nhiều tầng đều nhau

Hình 2.4: Cấu tạo của thiết bị lọc bụi ly tâm kiểu nằm ngang

Hình 2.5: Hệ số hiệu quả lọc theo cỡ bụi của thiết bị lọc bụi ly tâm nằm ngang

Hình 2.6: Lọc bụi bằng cyclon

Hình 2.7: Thiết bị lọc bụi bằng túi vải

Hình 2.8: Cấu tạo của thiết bị lọc bụi bằng điện kiểu ống và kiểu tấm bản

Hình 2.9: Sơ đồ công nghệ xử lý

GVHD: ThS Trần Minh Dũng GVHD: ThS Trần Minh Dũng

Trang 2

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1: Thành phần hóa học của xi măng

Bảng 1.2: Thành phần khoáng của xi măng

Bảng 1.3: Sản lượng xi măng trong nước qua các năm

Bảng 1.4: So sánh công nghệ sản xuất xi măng lò đứng, lò quay khô và lò quay ướt

Bảng 1.5: Nồng độ bụi trong khí thải ở các thiết bị khác nhau của nhà máy xi măng

Bảng 1.6: Thông số đầu vào thiết kế

Bảng 1.7: Thông số đầu ra nồng độ bụi tối đa cho phép trong sản xuất xi măng

Bảng 2.1: Hiệu quả lọc theo cỡ hạt bụi ( )

δ

η

của cyclonBảng 2.2: Các loại thiết bị lọc bụi kiểu ướt

Bảng 2.3: Khả năng ứng dụng của một số thiết bị xử lý bụi chính

Bảng 2.4: Các thông số kinh tế - kỹ thuật của các loại thiết bị lọc bụi chính

Bảng 1.6: Thông số đầu vào thiết kế

Bảng 3.2: Hiệu quả lọc theo kích thước hạt của thiết bị lọc bụi tĩnh điện

Bảng 2.6: Đề xuất thiết bị xử lý

Bảng 3.1: Hiệu suất lọc của cyclon theo cỡ hạt

Bảng 2.5: Phân cấp cỡ hạt theo % khối lượng của bụi xi măng

DANH MỤC BIỂU ĐỒ

Biểu đồ 1.1: Sản lượng sản xuất xi măng qua các năm

Biểu đồ 1.2: Thông số đầu ra và đầu vào của tổng bụi

Trang 3

MỞ ĐẦU

Nền kinh tế Việt Nam trong những năm vừa qua đang có nhiều bước chuyển biến tích

cực biểu hiện rõ nét ở mức tăng trưởng kinh tế và thu nhập bình quân đầu người liên tục

tăng Nhờ vậy mà các ngành công nghiệp đều có nhiều cơ hội để phát triển, mở rộng cả về

quy mô sản xuất và thị trường tiêu thụ, trong đó không thể không kể đến nhóm các ngành

công nghiệp cơ bản như công nghiệp khai thác, công nghiệp sản xuất vật liệu xây dựng,…

Đất nước càng phát triển quá trình đô thị hóa diễn ra càng mạnh mẽ càng đặt ra nhu cầu cấp

thiết phải hoàn thiện việc xây dựng các cơ sở hạ tầng Vì vậy nếu nhìn nhận theo lợi ích

kinh tế thì ngành sản xuất vật liệu xây dựng nói chung và ngành sản xuất xi măng nói riêng

ở nước ta đang có cơ hội phát triển rất lớn, hứa hẹn mang lại lợi nhuận kinh tế cao Tuy

nhiên quá trình sản xuất xi măng làm phát sinh rất nhiều chất thải nguy hại khó quản lý nhất

là các loại bụi Chính vì những lý do trên tôi đã lựa chọn bụi trong sản xuất xi măng làm đối

tượng nghiên cứu, từ đó đề xuất các phương án xử lý bụi phù hợp, giải quyết được hai bài

toán cơ bản về môi trường và kinh tế

Trang 4

PHẦN 1: TỔNG QUAN VỀ NGÀNH SẢN XUẤT XI MĂNG

1.1. Tổng quan

1.1.1. Tổng quan về xi măng

Xi măng là chất kết dính thủy lực được tạo thành bằng cách nhiền mịn clinker, thạch

cao thiên nhiên và phụ gia Xi măng có tính chất kết dính khi tác dụng với nước nên thường

được sử dụng để sản xuất vữa và bê tông trong các công trình xây dựng Để tính toán thành

phần của xi măng phải kể đến cả thành phần hóa học và thành phần khoáng của nó Thành

phần hóa học của xi măng kèm theo tác dụng và ảnh hưởng của được liệt kê cụ thể theo

Tham gia khoáng nóng chảy, nhiều Al2O3

đóng rắn nhanh, tỏa nhiều nhiệt, kém bền trong môi trường xâm thực, tăng độ nhớt pha lỏng clinke

4 F Oe2 3 0,1-5

Tham gia khoáng nỏng chảy alumoferit caxi, nhiều Fe2O3 làm giảm mác xi măng, tăng bền trong môi trường xâm thực, giảm độ nhớt pha lỏng clinke, giảm nhiệt độ nung clinke

Bảng 1.1: Thành phần hóa học của xi măng

Xi măng được hình thành từ bốn loại khoáng chính: alit, belit, celit và alumino ferit với

thành phần phần trăm theo khối lượng thay đổi như sau:

Trang 5

Trang 6

Bảng 1.2: Thành phần khoáng của xi măng

1.1.2. Tổng quan về ngành sản xuất xi măng trên thế giới

Nền kinh tế thế giới trong những năm gần đây đã bước qua giai đoạn khủng hoảng,

dần đi vào giai đoạn phát triển ổn định và ngày càng quan tâm hơn tới nền kinh tế các nước

khu vực Châu Á Sản lượng tiêu thụ xi măng trong những năm gần đây không ngừng tăng

về số lượng, trở thành động lực thúc đẩy ngành công nghiệp xi măng phát triển tại một số

nước như Thái Lan, Indonesia, Ấn Độ,… Dự báo tới năm 2020 nhu cầu sử dụng xi măng

trên toàn thế giới sẽ tăng 3,6%/năm trong đó nhóm các nước phát triển có nhu cầu tiêu thụ

lớn nhất Ngoài ra cũng xuất hiện tình trạng dư thừa công suất của các nhà máy phổ biến

nhất là ở Đông Âu, Đông Nam Á,… Dưới đây là biểu đồ sản lượng xi măng của thế giới

năm 2010

Hình 1.1: Sản lượng xi măng toàn cầu năm 2010

Nguồn: internet

Trang 7

1.1.3. Tổng quan về ngành sản xuất xi măng ở Việt Nam

Việt Nam là một trong những nước đang trên tiến trình đô thị hóa, vì vậy nhu cầu sử

dụng xi măng làm vật liệu xây dựng phục vụ cho ngành xây dựng và các ngành sản xuất

khác là rất lớn Nguồn cung trong nước liên tục tăng tạo điều kiện thuận lợi cho các công ty,

xí nghiệp sản xuất xi măng phát triển Từ nhà máy xi măng đầu tiên tại Hải Phòng được xây

dựng năm 1899 tới nay ngành sản xuất xi măng đã mở rộng trên quy mô cả nước Một số

nhà máy lớn phải kể đến như Xi măng The Vissai, xi măng Vicem Hà Tiên, Xi măng Nghi

Sơn, Xi măng Bỉm Sơn,…

Bảng 1.3: Sản lượng xi măng trong nước qua các năm

Năm 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007

Sản

lượng

7,6 9,53 11,1 12,7 14,64 16,8 18,4 20 21,7 23,6 26,9

Biểu đồ 1.1: Sản lượng sản xuất xi măng qua các năm

Nguồn: VLXD đương đại – Hội VLXD Việt Nam

1.2. Công nghệ sản xuất xi măng

1.2.1. Sơ đồ sản xuất

Hiện nay có nhiều công nghệ sản xuất xi măng khác nhau nhưng cùng chung một quy

trình sản xuất Dưới đây là sơ đồ sản xuất xi măng nói chung, quá trình sản xuất trải qua bốn

giai đoạn chủ yếu: chuẩn bị nguyên liệu, phối hợp nguyên liệu, nung tạo clinke và nghiền

clinke với các phụ gia khác

Trang 8

Thành phẩm

Tự động hóaNghiền xi măngLàm lạnhNung clinkeĐồng nhất tinhĐồng nhấtPhân lyNghiền nguyên liệuNguyên liệu

Hình 1.2: Sơ đồ sản xuất xi măng

Nguyên liệu được đập búa hoặc đập bằng máy đập xung sau đó dược đưa vào thiết bị

nghiền theo chu trình kín hoặc hở để nghiền đứng hoặc nghiền lăn Từ 10 năm trở lại đây

việc dùng thiết bị nghiền đứng trở nên phổ biến hơn do tiêu thụ năng lượng ít lại sấy được

vật liệu có độ ẩm cao hơn các loại máy nghiền khác Bên cạnh đó vật liệu chế tạo máy

nghiền được cải tiến nên tuổi thọ cao, đạt tiêu chuẩn về độ mịn, độ ẩm,… Sau giai đoạn

nghiền, nguyên liệu được phân ly và đồng nhất trong đó đồng nhất là khâu quan trọng vì

nguyên liệu cấp cho phản ứng phải ổn định về thành phần hóa học Sau đó vật liệu được

đồng nhất tinh bằng nhiều phương pháp, phương pháp thông dụng nhất hiện nay là phương

pháp đồng nhất liên tục bằng khí nén Sau khâu phân ly là các khâu clinke và làm lạnh, đây

là hai khâu có ảnh hưởng rất lớn tới chất lượng xi măng Cuối quá trình làm lạnh đã hình

Trang 9

1.2.2. Các công nghệ sản xuất xi măng hiện nay

Tiêu chuẩn công nghệ

Công nghệ lò đứng

Công nghệ lò quay ướt

Công nghệ lò quay khô

1 Nguyên lý làm việc

Gián đoạn Liên tục

Phối liệu cấp vào theo từng

mẻ, đi từ trên xuống

Phối liệu được nạp từ đầu cao của lò đảo trộn để theo vòng quay của lò

Quá trình tạo khoáng diễn ra theo chiều dài lò

Công suất lớn (3000-5000 tấn clinke/ngày)

2 Phối

liệu

Thành phần

Đá vôi, đất sét, phụ gia, xỉ pirit

Thêm phụ gia khoáng hóa photphorit ở dạng viên, độ ẩm 14%, trộn lẫn vào nhau

-Bùn, không trộn lẫn than,

40%

ϕ=

Bột mịn, trộn lẫn phối liệu với nhau,

Lượng khí thải lớn nhất do sử dụng nhiều nhiên liệu

Lượng khí thải gây ô nhiễm nhỏ nhất

Bảng 1.4: So sánh công nghệ sản xuất xi măng lò đứng, lò quay khô và lò quay ướt

Chất ô nhiễm phổ biến nhất trong công nghiệp sản xuất xi măng là bụi, bụi ngành xi

măng có những đặc điểm khác biệt so với các ngành khác như kích thước vô cùng nhỏ, hạt

bụi mịn càng gia tăng tác hại của nó Các công đoạn phát thải bụi được thống kê theo bảng

dưới đây:

Trang 10

Bảng 1.5: Nồng độ bụi trong khí thải ở các thiết bị khác nhau của nhà máy xi măng

3/

g m

Bụi lơ lửng (

10 mµ

<

) trong khí thải, %

bị trao đổi nhiệt 1,6-2,0

Nguồn: Ô nhiễm không khí và xử lý khí thải tập 1 – Trần Ngọc Trấn

Từ bảng số liệu trên ta có thể thấy bụi được sinh ra ở hầu hết các công đoạn và nhiều

nhất là từ công đoạn nghiền Bụi sinh ra trong quá trình sản xuất xi măng chủ yếu là bụi

than, đất sét, đá vôi, thạch cao, xỉ pirit, clinke, xi măng,… tùy thuộc vào công đoạn sản

xuất, công suất và trang thiết bị của dây chuyền sản xuất

1.3. Ảnh hưởng của bụi tới sức khỏe con người

Trong cuộc sống bụi đặc biệt là bụi xi măng có rất nhiều tác hại, tuy nhiên tác hại quan

trộng nhất là đối với sức khỏe con người Nhìn chung tác hại của bụi phụ thuộc vào kích

thước của nó, hạt bụi có kích thước càng nhỏ thì càng dễ xâm nhập sâu vào cơ thể con

người vì thế mà ảnh hưởng của nó càng lớn Bụi xi măng là một trong số bụi có kích thước

rất nhỏ và mịn, lượng bụi thải ra tương đối lớn và liên tục Bụi có thể gây tổn thương mắt,

da hoặc hệ tiêu hóa nhưng chủ yếu vẫn là xâm nhập vào phổi qua con đường hô hấp Các

Trang 11

lớp lông của tế bào biểu bì di chuyển lên phía trên để cuối cùng bị khạc ra ngoài hoặc nuốt

chửng vào đường tiêu hóa Các hạt có kích thước nhỏ hơn khoảng 1 2 m÷ µ

tiếp tục đi sâu vào phổi và hầu như bị lắng động tại đó Còn lại các hạt có kích thước dưới 0,5 mµ

được thở ra tuy nhiên nếu kích thước hạt bụi tiếp tục giảm xuống thì đến một cấp nào đó sự

khuếch tán nguyên tử cộng với chuyển độn Brown thì sự lắng đọng lại tăng lên

Bên cạnh đó tác hại của bụi còn phụ thuộc vào tính chất tan hay không tan trong nước sau

khi lắng đọng vào hệ hô hấp Loại bụi tan được có thể gây tổn thương như làm thủng rách

các mô, vách ngăn mũi,… Loại bụi này nếu đi sau vào trong phổi có thể bị hấp thụ và gây

nhiễm độc hoặc gây dị ứng (bệnh hen suyễn) Ví dụ điển hình cho loại bụi này là các muối

của chì, bụi chì xâm nhập vào cơ thể thông qua bề mặt da, hô hấp hoặc tiêu hóa trong đó bụi

thâm nhập theo đường tiêu hóa là nghiêm trọng nhất Bụi chì gây tá hại cho quá trình tổng

hợp hồng cầu, cho thận và hệ thống thần kinh Nó có thể cố định trong xương và răng Theo

tính toán của các nhà khoa học, nếu đưa vào cơ thể 1g bụi chì trong 1 lần và không thoát ra

ngoài thì chắc chắn sẽ gây tử vong, liều lượng 10mghằng ngày sẽ gây bệnh cấp tính,

1mg/ngày sẽ gây bện mãn tính…

1.4. Thông số kỹ thuật

Đánh giá chất lượng bụi thải ở nhà máy xi măng thiết kế dựa vào QCVN

41:2011/BTNMT, bụi thải của nhà máy vượt quá quy định cho phép khoảng 75 lần Lượng

bụi thải này nếu không qua xử lý sẽ gây hậu quả nghiêm trọng về môi trường Vì vậy mục

tiêu của đề tài là phải xây dựng phương án xử lý bụi hợp lý, đảm bảo cho thông số đầu vào

nhỏ hơn hoặc ít nhất có giá trị ngang bằng với thông số đầu ra Số liệu biết kế được trình

bày cụ thể trong hai bảng số liệu như sau

Trang 12

Bảng 1.6: Thông số đầu vào thiết kế

Công suất

(trTấn/năm)

Q phát thải(

3

m

/h)

Thông số bụi tổng(

Trang 13

Bảng 1.7: Thông số đầu ra nồng độ bụi tối đa cho phép trong sản xuất xi măng

Nguồn: QCVN 41:2011/BTNMT

Biểu đồ 1.2: Thông số đầu ra và đầu vào của tổng bụi

Thông số đầu vào lớn hơn rất nhiều lần so với thông số đầu ra, vì vậy cần phải xây

dựng phương án xử lý, tăng cường hiệu quả của quá trình lắng đọng bụi để giảm thiểu tác

hại do bụi thải phân tán ra ngoài môi trường

Trang 14

PHẦN 2: DÂY CHUYỀN XỬ LÝ BỤI Ô NHIỄM 2.1 Các phương pháp xử lý bụi

2.1.1 Buồng lắng bụi

Phương pháp được xây dựng dựa trên tính chất lắng nhờ trọng lực của các hạt có kích

thước lớn Để tăng hiệu quả của quá trình lắng bụi, người ta dẫn bụi vào một thiết bị gọi là

buồng lắng bụi Theo GS.TS Trần Ngọc Trấn cấu tạo của buồng lắng bụi là một không gian

hình hộp có tiết diện ngang lớn hơn nhiều lần so với tiết diện đường ống dẫn khí vào để cho

vận tốc dòng khí giảm xuống rất nhỏ, nhờ thế hạt bụi đủ thời gian để rơi xuống đáy dưới tác

dụng trọng lực và bị giữ lại ở đó mà không bị dòng khí mang theo Phương pháp này được

áp dụng để lắng những hạt bụi có kích thước lớn, nằm trong khoảng từ

Hiệu quả lọc bụi của buồng lắng phụ thuộc vào kích cỡ của hạt bụi và độ cao h Hạt có kích

thước càng lớn, trọng lực càng lớn, hạt cang dễ lắng Tuy nhiên nếu các hạt có cùng đường

kính δ

nếu khi vào buồng lắng tại vị trí ban đầu có nó nằm ở độ cao bằng hoặc thấp hơn h

thì mới bị giữ lại trong buồn; các hạt còn lại nằm cao hơn độ cao hsẽ thoát ra ngoài theo

dòng khí

Trang 15

Hình 2.2: Đường cong hiệu quả lọc theo cỡ hạt của buồng lắng bụi

Nguồn: Trần Ngọc Chấn

Mỗi công đoạn sản xuất xi măng đều thải ra lượng bụi có kích thước nhất định, vì vậy

để tăng hiệu quả lọc đối với một cỡ hạt nhất định ta phải chia buồng lắng thành nhiều tầng

đều nhau Khi đó chiều cao của mỗi tầng và lưu lượng đi qua đều giảm xuống, số lần giảm

xuống đúng bằng số tầng của buồng lắng Dưới đây là hình ảnh của buồng lắng nhiều tầng

thường được áp dụng trong các ngành công nghiệp Kiểu buồng này có nhiều ưu điểm hơn

buồng truyền thống nhờ chia làm nhiều tâng nên thu gọn được kích thước của buồng lắng

trong khi hiệu suất và lưu lượng lọc vẫn cao Tuy nhiên kết cầu nhiều tầng cũng gây khó

khăn cho việc dọn bụi bám trên các tầng

Trang 16

Hình 2.3: Mặt cắt dọc buồng lắng chia làm nhiều tầng đều nhau

2.1.2 Thiết bị lọc bụi ly tâm

2.1.2.1 Thiết bị lọc bụi ly tâm kiểu nằm ngang

Thiết bị lọc ly tâm kiểu nằm ngang gồm bao hình trụ bên ngoài, bên trong có lõi hình

trụ hai đầu bịt tròn và thon để đảm bỏ chảy bọc được tốt Dòng khí thải đi vào thiết bị được

các cánh hướng tạo thành chuyển động xoáy Lực ly tâm sản sinh từ dòng chuyển động xoáy

tác dụng lên các hạt bụi và đẩy chúng ra xa lõi hình trụ rồi chạm vào thành ống bao và thoát

ra qua khe hình vằn khăn để rơi vào nơi tập trung bụi Sau đó không khí sạch (đã lọc bụi )

theo ống loa với cánh hướng dòng kết hợp với van điều chỉnh thoát ra ngoài Đặc điểm của

thiết bị này là dòng khí thải đi một chiều từ đầu này tới đầu kia Dưới đây là mặt cắt dọc của

thiết bị lịc ly tâm nằm ngang

Hình 2.4: Cấu tạo của thiết bị lọc bụi ly tâm kiểu nằm ngang

Trang 17

Hình 2.5: Hệ số hiệu quả lọc theo cỡ bụi của thiết bị lọc bụi ly tâm nằm ngang

2.1.2.1 Thiết bị lọc bụi ly tâm kiểu đứng (cyclon)

Dòng khí thải chuyển động theo phương tiếp tuyến với thành thiết bị sau đó chuyển

động xoáy ố bên trong thân hình trụ của cyclon Hạt bụi bị văng ra xa, va chạm vào thành

ống đáy hình phễu Dòng khí bị dội ngược trở lại lên trên heo hình xoáy ốc rồi theo ống

thoát ra ngoài Trong dòng chuyển động xoáy ốc, các hạt bụi chịu tác dụng vởi lực ly tâm

nên có xu hướng tiến gần về phía thành ống của thân hình trụ rồi chạm vào đó, mất động

năng và rơi xuống đáy phễu Để loại bỏ không khí bị hút vào cyclon từ dưới lên trên làm bụi

đã lắng đọng ở đáy phễu bay ngược lên trên người ta thường dùng van kép

Trang 18

Hình 2.6: Lọc bụi bằng cyclon Bảng 2.1: Hiệu quả lọc theo cỡ hạt bụi ( )

Trong thực tế để tăng hiệu quả của quá trình lọc bụi người ta thường sử dụng nhiều

cyclon cùng loại thay cho việc sử dụng một cyclon Ba dạng tổ hợp cyclon: lắp nối tiếp hai

cyclon cùng loại, lắp song song hai hoặc nhiều cyclon cùng loại và cyclon chùm

Định dạng
Số trang	36
Dung lượng	774,72 KB