Tính toán tải lượng các chất ô nhiễm, dự báo và thiết kế hệ thống xử lý ô nhiễm môi trường không khí từ các nguồn thải của nhà máy tuynel từ sơn

Theo đề bài ra thì khói thải từ lò nung sẽ được tận dụng để sấy gạch sau đó mới theo ống khói thải ra ngoài,dựa vào sơ đồ công nghệ sản xuất gạch với nguyên liệu đầu vào là bột than với

nhiÖm vô thiÕt kÕ

 Địa điểm xây dựng: Nghệ An

 Vị trí nguông thải: Kèm theo bản vẽ

 Đặc tính kĩ thuật của nguồn thải

 Công suất hoạt động của nhà máy: Gnăm = 15 triệu viên/năm, G1 = 26200 tấn/năm

 Thời gian hoạt động tính cho 1 năm : 305 ngày/ năm.

 Thành phần nhiên liệu được sử dụng:

PHÂN TÍCH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT & Xác định các thông số tính toán cơ bản

I CHỌN THÔNG SỐ TÍNH TOÁN BÊN TRONG VÀ BÊN NGOÀI CHO PHÂN

XƯỞNG VÀO MÙA MƯA.

1 Địa điểm xây dựng : Nghệ An

2 Thông số tính toán bên ngoài nhà vào mùa mưa.

2.1 Nhiệt độ

Nhiệt độ tính toán ngoài nhà vào mùa mưa là nhiệt độ trung bình tháng cao nhất

vào mùa mưa (từ tháng 5 đến tháng 10) Theo bảng 2.2 TCVN 02:2009/BXD tại Bà Rịa Vũng Tàu có nhiệt độ trung bình tháng cao nhất trong mùa mưa là t M = 29,7 o C tương

ứng với tháng 7

2.2 Độ ẩm

Theo bảng 2.10 TCVN 02:2009/BXD tại Nghệ An có độ ẩm tương đối của không

khí trung bình tháng ứng với tháng 7 trong mùa mưa (từ tháng 5 đến tháng 10) là 73,4

%.

2.3 Dung ẩm

Với nhiệt độ tính toán bên ngoài là 28,50 o C và độ ẩm là 80,50%, sử dụng biểu đồ

I-d ta tra được giá trị dung ẩm vào mùa hè của không khí bên ngoài d M = 21,00 (g/kg)

2.4 Vận tốc gió

Theo bảng 2.15 TCVN 02:2009 / BXD tại Nghệ An, vận tốc gió trung bình trong

mùa mưa (Từ tháng 5 đến tháng 10) là 2,70 (m/s) Hướng gió chủ đạo là Tây Nam.

Tần suất gió lớn nhất vào mùa mưa (từ tháng 5 đến tháng 10) ứng với vận tốc gió là

3,20 (m/s) , tần suất trung bình là 26,70%.

3 Thông số tính toán bên ngoài nhà vào mùa khô.

3.1 Nhiệt độ

Nhiệt độ tính toán ngoài nhà vào mùa khô là nhiệt độ trung bình tháng thấp nhất

vào mùa khô (từ tháng 11 đến tháng 4) Theo bảng 2.2 TCVN 02:2009/BXD tại Bà Rịa Vũng Tàu có nhiệt độ trung bình tháng thấp nhất trong mùa khô là t K = 17,5 o C tương

ứng với tháng 1

3.2 Độ ẩm

Theo bảng 2.10 TCVN 02:2009/BXD tại Nghệ An có độ ẩm tương đối của không

khí trung bình tương ứng với tháng 1 trong mùa khô (từ tháng 11 đến tháng 4) là 89,3

%.

Với nhiệt độ tính toán bên ngoài là 25,00 oC và độ ẩm là 78,30%, sử dụng biểu đồ

I-d ta tra được giá trị dung ẩm vào mùa hè của không khí bên ngoài d K = 15,50(g/kg)

3.4 Vận tốc gió

Theo bảng 2.15 TCVN 02:2009 / BXD tại Nghệ An, vận tốc gió trung bình trong

mùa khô (Từ tháng 11 đến tháng 4) là 3,20 (m/s) Hướng gió chủ đạo là Đông Tần

suất gió lớn nhất vào mùa khô (từ tháng 11 đến tháng 4) ứng với vận tốc gió là 5,20

(m/s) , tần suất trung bình là 70,50%.

Kết quả các thông số tính toán được thể hiện qua bảng sau đây:

Bảng 1: Bảng thống kê các thông số tính toán.

vg (m/

s) Hướn g gió

tt N

t

(0C)

 (%)

II PHÂN TÍCH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT.

Theo đề bài ra thì khói thải từ lò nung sẽ được tận dụng để sấy gạch sau

đó mới theo ống khói thải ra ngoài,dựa vào sơ đồ công nghệ sản xuất gạch với nguyên liệu đầu vào là bột than với thành phần đã định thì ta xác định được sản phẩm cháy trong khói thải chắc chắn chứa các khí CO,CO2,SO2,NOx,hơi nước, bụi.Nếu các sản phẩm từ quá trình sản xuất này không được tính toán và xử lý thì rất có thể sẽ gây ô nhiễm môi trường.Theo nhiệm vụ của đồ án thì ta cần phải tính toán để xem nồng độ các thành phần đó là bao nhiêu và có cần phải xử lý không và xử lý như thế nào để đảm bảo thải ra môi trường ?

III ĐẶC ĐIỂM NGUỒN THẢI.

III.1 Nhiên liệu sử dụng trong quá trình sản xuất.

Nhà máy sản xuất Xi Măng Nghi Sơn làm việc với thời gian tính cho 1 năm là 315 ngày có sử dụng nhiên liệu là Bột than & Dầu FO

Đặc tính của các loại nhiên liệu được thể hiện qua bảng sau:

Bảng 2: Bảng thống kê các nhiên liệu sử dụng.

III.2 Đặc tính nguồn thải.

Qua việc phân tích công nghệ sản xuất ta có 2 loại nguồn thải thuộc hai công đoạn với các thông số kĩ thuật như sau:

Bảng 3: Bảng thống kê các thông số kĩ thuật nguồn thải ô nhiễm.

Loại nguồn thải Số lượng Chiều cao

nguồn thải

Đường kính nguồn thải

Nhiệt độ khói thai

TÝNH TO¸N T¶I Lîng c¸c chÊt g©y « nhiÔm

tõ c¸c ngu«n th¶i

A NGUỒN THẢI TỪ LÒ NUNG (NGUỒN THẢI SỐ 01)

I TÍNH TOÁN LƯỢNG NHIÊN LIỆU CẤP CHO LÒ NUNG THEO ĐỊNH MỨC I.1 Tính toán lượng than cần cấp cho lò nung.

Theo nhiệm vụ thiết kế có năng suất của lò là 26200 tấn /năm = 3,58 tấn/h (với giảthiết nhà máy làm việc là 305 ngày/năm ,24h/ngày)

 Lượng nhịêt toả ra khi đốt cháy 1 kg nhiên liệu được xác định theo công thức

Mendeleev (Công thức 12.7 - T14 sách ô nhiễm không khí và xử lý khí thải tập

 Trong đó có 42% là dùng than trộn vào gạch mộc ban đầu và 58% than chia cho

lò nung (100% than dùng cho quá trình sản xuất) nên lượng than cần dung cho lònung trong 1h là:

B = 0,58 BT = 307,19 (kg/h)

II XÁC ĐỊNH TẢI LƯỢNG CHẤT Ô NHIỄM TỪ LÒ NUNG.

II.1 Tính toán lượng sản phẩm cháy, tải lượng khí và nồng độ phát thải các chất

Bảng 4: Bảng tính toán lượng sản phẩm cháy, tải lượng khí và lưu lượng khói thải các chất ô nhiễm trong khói khi đốt cháy bột than về mùa mưa & mùa khô.

-V o= 0,08961+0,2642 0,0333(1,4 – 7,8)

-6,134

Nm 3 / kgNL

6,134

Nm 3 / kgNL

2 Lượng không khí ẩm lý thuyết

V a = (1+0,0016d)V

d=20,0g/kg với (t=29,7 0 C,=73,4%)

V a = (1+0,001620,0)6,124

d=11g/kg với (t=17,5 0 C,=89,3%)

V a =(1+0,001617,5)6,123

6,330

Nm 3 / kgNL

6,242

Nm 3 / kgNL

9,363

Nm 3 / kgNL

0,053

Nm 3 / kgNL

0,034

Nm 3 / kgNL

Nm 3 / kgNL

0,505

Nm 3 / kgNL

7,399

Nm 3 / kgNL

0,655

Nm 3 / kgNL

x

NO

1,694 V

307,19 2,054



1,694 V

c Thể tích khí N2 tham gia vào

1,25

10-3

Nm 3 / kgNL

d Thể tích khí O2 tham gia vào

2,5

10-3

Nm 3 / kgNL

11

a Lượng SPC tổng cộng ở

đktc( 0oC,760mmHg)

9,734

Nm 3 / kgNL

b Lượng SPC tổng cộng ở

đkqc( 25oC,760mmHg)

10,607

Nm 3 / kgNL

12

Lưu lượng khói (SPC) ở đktc

QC SPC T

V B L

3600





M T

10,883 307,19 L

10 1,096 307,19 1,977 M

3600

3 CO

10 1,096 307,19 1,977 M

NO NO

M

3 NO

10 1,694 M

3600



3 NO

10 1, 694 M

B. NGUỒN THẢI TỪ LÒ SẤY.

I. PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG NHIỆT CỦA QUÁ TRÌNH SẤY:

 Q1: Nhiệt lượng hữu ích của quá trình sấy, kJ/h

 Q2: Nhiệt lượng tổn thất do khói mang ra khỏi lò sấy, kJ/h

 Q3: Nhiệt lượng tổn thất do vật liệu mang ra khỏi lò sấy, kJ/h

 Q4: Nhiệt lượng tổn thất do tỏa ra môi trường xung quanh từ kết cấu của

lò, kJ/h

 Qvào: Nhiệt lượng của khói từ lò nung sang lò sấy, kJ/h

Qvao = L1.C.t , kJ/h

 L1: Lưu lượng khói từ lò nung sang lò sấy, m 3 /h

 C: tỉ nhiệt của khói, kJ/kg.độ

 t : nhiệt độ khói của lò nung sang lò sấy, t = 900 oC

1. Tính toán lượng nhiệt hữu ích của quá trình sấy

 Trọng lượng của 1 viên gạch:

6 1

 Lượng gạch sấy nung trong 1 giờ là:

6 nam

 Lượng vật liệu mang vào hầm sấy: G1 =26,2106 kg/năm = 3580 kg/h

 Lượng ẩm bốc hơi trong quá trình sấy:

1 2 1

 W: Lượng ẩm bốc hơi trong quá trình sấy,kg/h

 G 1 : Lượng vật liệu mang vào hầm sấy, kg/h

 w 1 : Độ ẩm của nhiên liệu trước khi sấy,w 1 = 14,5 %

 w 2 : Độ ẩm của nhiên liệu sau khi sấy, w 2 = 3 %

 Lượng vật liệu mang ra khỏi lò sấy:

1 2

 W : Lượng ẩm bốc hơi trong quá trình sấy, W = 424,43 (kg/h)

 I 2 : entanpi của hơi nước mang ra khỏi lò sấy

I i c  t 2500 1,8066 t  2500 1,8066 95 2671,627   (kJ/kg)

Trong đó:

 i hn : Nhiệt dung của hơi nước, i hn = 2500 (kJ/kg)

 c hn : Tỉ nhiệt của hơi nước, c hn = 1,8066 (kJ/kg o C)

 t k : Nhiệt độ của khói ra khỏi lò sấy, t k = 95 o C.

Khi đó lượng nhiệt hữu ích của quá trình sấy như sau:

Q W I 424, 43 2671, 627 1133918,648  (kJ/h)

2. Tính nhiệt lượng tổn thất do khói mang ra khỏi lò sấy

Nhiệt lượng tổn thất do khói mang ra khỏi lò sấy được tính theo công thức:

Q2 = L2.C2.(t2 – tN) , kJ/h

Trong đó:

 L2 :Lưu lượng khói thải ra từ lò sấy , m 3 /h

 C2:Tỉ nhiệt của khói khi đi ra khỏi lò sấy, kJ/kg o C

 t2: Nhiệt độ của khói khi ra ngoài lò sấy, o C, t2 = 95oC.

 tN: Nhiệt độ không khí bên ngoài, oC

3. Tính lượng nhiệt do vật liệu mang ra khỏi lò sấy

Nhiệt lượng tổn thất do vật liệu mang ra khỏi lò sấy được xác định theo cụng thức:

3 2 m m2 m1

Q G c t  t , kJ/h Trong đó:

 G 2 : Lượng vật liệu mang ra khỏi hầm sấy, G 2 = 3155,55 (kg/h)

 c m : Nhiệt dung riêng của than sau khi sấy, kJ/kg o C

 t m1: Nhiệt độ của than đưa vào lò sấy bằng nhiệt độ bên ngoài,o C

 t m2 : Nhiệt độ của than đưa ra khỏi lò sấy, t m2 = 95o C

Nhiệt dung riêng của than được xác định theo công thức sau:

x t

c 837  3 , 7 n  625  (J/kg o C) Với:

 t n : nhiệt độ của than trước khi sấy, t n = t N

 Mùa khô (t N = 19,7 o C):

K 3

4 Tính lượng nhiệt do tổn thất ra môi trường xung quanh

Nhiệt lượng tổn thất ra mụi trường xung quanh được lấy như sau:

Q 4 = (15 20)% (Q 1 + Q 2 + Q 3 ) Lấy Q 4 = 20%.(Q 1 + Q 2 + Q 3 ) Khi đó:

C. TÍNH TOÁN TẢI LƯỢNG PHÁT THẢI CỦA TỪNG ỐNG KHÓI

 Tải lượng các chất ô nhiễm có trong nguồn thải ở đkqc

Bảng 5: Bảng tính toán tải lượng các thành phần gây ô nhiễm ở đkqc phát sinh vào mùa mưa & màu

khô từ công đoạn nung.

Trong đó:

 C x : nồng độ của chất gây ô nhiễm thứ x , g/m 3

 M x : Tải lượng của chất ô nhiễm thứ x , g/s

 L H : Lưu lượng khói phát sinh vào mùa hè, m 3 /s.

Nồng độ tối đa cho phép được xác định theo công thức sau:

v p

C

Với K p & K v lần lượt là hệ số lưu lượng và hệ số vùng

Theo bảng QCVN 19/2009 _ Quy chuẩn kĩ thuật quốc gia về khí thải công nghiệp đối với bụi và các chất vô cơ ta có:

 Theo bảng 2 ta lấy K p = 1 cho lưu lượng nguồn thải  20.000 m 3 /h.

 Theo bảng 3 ta lấy K v = 0,8 cho đô thị loại 1 như Nghệ An

Nồng độ các chất gây ô nhiễm vào mùa hè được thể hiện qua bảng sau:

Bảng 6: Bảng tính toán nồng độ các thành phần gây ô nhiễm ở đkqc phát sinh vào

mùa mưa & mùa khô từ ống khói 1.

Bảng 8 : Bảng so sánh nồng độ chất ô nhiễm với tiêu chuẩn phát thải chất ô

nhiễm QCVN 19-2009 của ống khói 1

Nồng độ phát thải các chất ô nhiễm trong khói

Kí hiệu Đơn vị tính Mùa khô Mùa mưa TCVN - 2005

Nồng độ phát thải các chất ô nhiễm trong khói

Kí hiệu Đơn vị tính Mùa khô Mùa mưa TCVN - 2005

Nhìn vào bảng 8 và 9 ở trên ta thấy:

 Tại công đoạn của Nhà máy Tuynen Cao Lộc có hai thành phần CO2 và NO2 làkhông cần phải xử lý, còn bụi , SO2 và CO cần phải xử lý trước khi thải ra môitrường vì vượt quá tiêu chuẩn phát thải cho phép

 Ta thấy tải lượng và nồng độ phát thải chất ô nhiễm trong khói thải vào mùa khôcao hơn mùa mưa nên khi tính toán ta lấy các số liệu tính toán thiết bị về mùa khô

D. KIỂM TRA CHIỀU CAO ỐNG KHÓI CỦA CÁC NGUỒN THẢI.

Theo sách “ Công nghệ lò hơi và mạng nhiệt “ của tác giat PGS.TS Phạm Lê Dần

và PTS Nguyễn Công Hân- Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật HN

Chiều cao tối thiểu của ống khói được xác định theo công thức sau:

NO SO

SO

M P

M P

M t V

Z n

m F A H

x x

x x

3

Ở Việt Nam lấy A = (200 240) Chọn A = 200.

 F : Hệ số tính đến sự lắng đọng của các chất độc hại, F = (1,00 2,5)

Chọn F = 1.

 n: Hệ số lấy từ (1,00 3,00) Chọn n = 1,00

 M SO x , M NO x, M t : Tải lượng SOx , NOx và tro bụi trong khói thải (g/s).

  P SO x,  P NO x,  P t: Nồng độ SOx, NOx, và tro bụi cho phép tùy thuộc vào vị

trí và điều kiện nơi đặt thiết bị, mg/m 3 và lấy giá trị trung bình theo giờ quy định

tại Bảng 1 QCVN 05:2013_Quy chuẩn kĩ thuật quốc gia về chất lượng không

khí xung quanh Theo đó nồng độ các thành phần ô nhiễm như sau:

 [P] SOx = 0,35 (mg/m 3 )

 [P] NOx = 0,1 (mg/m 3 )

 [P] t = 0,30 (mg/m 3 )

 Z: Số lượng ống khói, Z = 1.

 t: Độ chênh nhiệt độ giữa khói thải và môi trường

 V kt : Lưu lượng khói thải

 m: Hệ số tính đến ảnh hưởng của tốc độ khói thoát và được xác định như sau:

, 0 67 , 0

1

f f

m

Với f : Hệ số phân biệt nguồn nóng, nguội H t

D w f

gt

o o

10

Trong đó:

 D o : Đường kính miệng ống khói,

 H gt : Chiều cao ống khói giả thiết,

D

V w

 Nhiệt độ khói thải từ lò nung t k1 = 135o C.

 Theo tính toán tại phần A thì ta có tải lượng các chất SOx , NOx và tro bụi nhưsau:

Bảng 10: Bảng tổng hợp tải lượng các chất ô nhiễm từ nguông thải lò nung

SO2 , g/s 13,233

NOx , g/s 0,471

 t: Độ chênh nhiệt độ giữa khói thải và môi trường.

 tK 135 17,5 117,5  o C

 V kt : Lưu lượng khói thải Theo tính toán trong phần A thì ở điều kiện quy chuẩn

(25oC;760 mmHg) thì lưu lượng khí thải như sau:

 L = 0,689 (m 3 /s) vào mùa khô.

Như vậy, với điều kiện thực tế (nhiệt độ khói lò nung là 135o C) thì lưu lượng khói thải

từ lò sấy như sau:

kt kt

, 0 67 , 0

1

f f

m

Với f : Hệ số phân biệt nguồn nóng, nguội H t

D w f

gt

o o

10

Trong đó:

 D o : Đường kính miệng ống khói, D o = 1,2 (m)

 H gt : Chiều cao ống khói giả thiết, H gt = 19 (m)

 Theo tính toán tại phần A thì ta có tải lượng các chất SOx , NOx và tro bụi nhưsau:

Bảng 12: Bảng tổng hợp tải lượng các chất ô nhiễm từ nguồn thải lò nung

 t: Độ chênh nhiệt độ giữa khói thải và môi trường

 tK 90 17,5 72,5  o C

 V kt : Lưu lượng khói thải Theo tính toán trong phần A thì ở điều kiện quy chuẩn

(25oC;760 mmHg) thì lưu lượng khí thải như sau:

 L = 0,602 (m 3 /s) vào mùa khô.

Như vậy, với điều kiện thực tế (nhiệt độ khói lò nung là 135o C) thì lưu lượng khói thải

từ lò sấy như sau:

kt kt

, 0 67 , 0

1

f f

m

Với f : Hệ số phân biệt nguồn nóng, nguội H t

D w f

gt

o o

10

Trong đó:

 D o : Đường kính miệng ống khói, D o = 0,8 (m)

 H gt : Chiều cao ống khói giả thiết, H gt = 17 (m)

- Sơ đồ thiết bị :

1 Các thông số tính toán tháp rỗng làm nguội đoạn nhiệt

- Nhiệt độ trung bình cả khí thải trong cả quá trình như sau:

- Nhiệt độ nước vào tháp làm nguội : tn = 17,5 0C

- Độ chứa hơi nước ban đầu của không khí :

 Tiêu hao không khí lí thuyết cho quá trình cháy đối với nhiên liệu dạng rắn vàlỏng được xác định như sau:

 C T ; H T ; S T ; O T : Thành phần nhiên liệu có trong nhiên liệu,%.

Lượng không khí lí thuyết tiêu hao cho quá trình cháy là:

Nhiệt trị cao của nhiên liệu như sau:

C T

A W H L

9

0

0 L W d

W H

G NL NL NL

Trong đó:

W’ ; d0: Độ ẩm và dung ẩm của không khí ngoài đưa vào lò để thực hiện

quá trình đốt Lấy W’ và d0 theo thông số bên ngoài về mùa khô cụ thể như sau:

 d 0 = 9,1(g/kg) = 0,0091 (kg/kg).

 W’ = 81% = 0,81

9 2 9,5

1, 4 0,0091 7,98 0,81 1,187 100

 t’ :Nhiệt độ khí vào của thiết bị (0C) , t’ = 135 0C

 t’’ : Nhiệt độ khí ra của thiết bị (0C) , chọn t’’ = 90 0C

 : entanpi của hơi nước ban đầu và ra của quá trình làm nguội

- Từ nhiệt độ khí thải vào thiết bị là t’K = 135o C và độ chứa hơi nước ban đầu của

khí thải là d’H2O = 101 (g/m 3 ) ta xác định được nhiệt độ của nhiệt ẩm kế tM = 56.25

o C.

- Nhiệt độ của nước ra khỏi tháp nhỏ hơn nhiệt độ của nhiệt ẩm kế từ 5 đến 10oC

Chọn nhiệt độ của nước ra khỏi khí thải là 50oC

 : Độ chứa hơi nước khí vào và khí ra của thiết bị

bh

bh O

H

P P

P d





 0 805 ''

90 17.5'' '

 Cn = 4186 J/kg.độ là nhiệt dung riêng của nước

- Thể tích khí ở điều kiện thực tế ra khỏi tháp tính theo công thức:

Với wk =1,5 m/s - là vận tốc dòng khí trong thiết bị

- Thiết kế tháp theo hình chữ nhật với các chiều dài rộng như sau :

axb = F = = 2 m2 , chọn a = 2 m , b = 1 m

- Chiều cao làm việc của tháp: H = 2,5D

- Giả sử khay chứa nước chứa đựng lượng nước trong thời gian là 15 phút, khi đóchiều cao phải nhận của khay bằng

- Tổng chiều cao của tháp rỗng bằng : H = Hc.i + Hk = 4 + 0,84 = 4,84 (m)

- 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 suấtnước trước mỏ phun là 2kG/m2 , lưu lượng nước qua mỗi mỏ là 18,5 m3/h hay 5,1kg/s, do đó số lượng mỏ phun là

 Nồng độ bụi còn lại trong khí thải sau khi đi qua tháp rỗng là :