Đồ án kiếm soát ô nhiễm môi trường không khí

Tính toán và thiết kế hệ thống kiểm soát ô nhiễm môi trường không khí .... Tính toán và thiết kế hệ thống thông gió cho phân xưởng cơ khí .... Chọn thông số tính toán bên trong nhà ....

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 3

PHẦN I Tính toán và thiết kế hệ thống kiểm soát ô nhiễm môi trường không khí 4

CHƯƠNG 1 Tính sản phẩm cháy 4

1.1 Thông số tính toán 5

1.2 Tính toán sản phẩm cháy – Lượng khó thải và tải lượng các chất ô nhiễm trong khói 6

CHƯƠNG 2 Tính khuếch tán 12

2.1 Xác định nồng độ cực đại, nồng độ trên mặt đất 13

CHƯƠNG 3 Thiết kế hệ thống xử lý bụi 49

3.1 Phương án giải quyết 50

3.2 Lựa chọn thiết bị xử lý bụi 50

3.3 Tính toán thiết bị xử lý bụi 51

PHẦN II Tính toán và thiết kế hệ thống thông gió cho phân xưởng cơ khí 56

CHƯƠNG 1 Tính nhiệt thừa 56

1.1 Chọn thông số tính toán bên trong nhà 57

1.2 Tính tổn thất nhiệt 57

2.3 Tính toán buồng phun ẩm 100

CHƯƠNG 3 Tính thủy lực hệ thống thông gió 102

3.1 Thủy lực ống chính số 1 103

3.2 Thủy lực ống chính số 2 107

3.3 Thủy lực ống nhánh 110

TÀI LIỆU THAM KHẢO 115

LỜI MỞ ĐẦU

Bảo vệ môi trường được coi là một vấn đề sống còn của nhân loại Với sự phát triển của khoa học kĩ thuật hiện nay, tốc độ đô thị hoá ngày càng cao làm cho tình hình

ô nhiễm môi trường nói chung và ô nhiễm không khí nói riêng ngày càng trầm trọng

Với tầm quan trọng của việc bảo vệ môi trường như vậy, các cấp các ngành trong cả nước đã và đang đẩy mạnh công tác bảo vệ môi trường

Tuy nhiên, môi trường không khí ở nước ta hiện nay, đặt biệt là ở các khu công nghiệp và các đô thị lớn vẫn tồn tại dấu hiệu ô nhiễm đáng lo ngại Phần lớn các nhà máy xí nghiệp chưa được trang bị các hệ thống xử lý bụi và khí thải độc hại Hàng ngày hàng giờ vẫn đang thải vào khí quyển một lượng lớn các chất độc hại làm cho bầu khí quyển xung quanh các nhà máy trở nên ngột ngạt khó chịu

Còn ở các đô thị do tốc độ phát triển nhanh cộng với thiếu qui hoạch hợp lý nên khu vực cách ly của khu công nghiệp ngày càng bị lấn chiếm hình thành các khu dân

cư làm cho môi trường ở đây thêm phần phức tạp và khó được cải thiện

Trên cơ sở những kiến thức đã được học và được cô giáo, thầy giáo hướng dẫn,

em đã hoàn thành đồ án kiểm soát môi trường không khí

Nội dung đồ án gồm các vấn đề: Tính toán sự khuếch tán ô nhiễm từ các ống khói Thiết kế hệ thống xử lý khí (bụi) đạt yêu cầu cho phép Tính toán thông gió cho nhà công nghiệp Các bản vẽ kèm theo

Do nhiều yếu tố khác nhau nên đồ án này không tránh khỏi những thiếu sót Kính mong thầy, cô giáo hướng dẫn thêm để đồ án này trở nên hoàn chỉnh hơn

Em xin chân thành cảm ơn

Đà Nẵng, ngày 26 tháng 12 năm 2012 Sinh viên thực hiện

PHẦN I

TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG KIỂM SOÁT ÔNMTKK

CHƯƠNG 1

TÍNH SẢN PHẨM CHÁY

1.1.1 Mùa hè

Tra Bảng 2.3 Nhiệt độ không khí cao nhất trung bình tháng và năm (o

C) (QCVN 2009/BXD) ở địa điểm là Phan Thiết ta có được: tkk = 32,60C

02-Tra Bảng 2.10 Độ ẩm tương đối của không khí trung bình tháng và năm (%) (QCVN

02-2009/BXD) có được: φ = 79,8%

Từ hai giá trị: tkk = 32,60C và φ = 79,8% tra biểu đồ I-d ta có được d = 24,8

Tra Bảng 2.16 Tần suất lặng gió (PL %) tần suất (P %) và vận tốc gió (V m/s) trung bình theo 8 hướng (QCVN 02-2009/BXD), ta có vận tốc gió u10 = 3,3 m/s

1.1.2 Mùa đông

Tra Bảng 2.3 Nhiệt độ không khí cao nhất trung bình tháng và năm (o

C) (QCVN 2009/BXD) ở địa điểm là Phan Thiết ta có được: tkk = 21,20C

02-Tra Bảng 2.10 Độ ẩm tương đối của không khí trung bình tháng và năm (%) (QCVN 02-2009/BXD) có được: φ = 74,3%

Từ hai giá trị: tkk = 21,20C và φ = 74,3% tra biểu đồ I-d ta có được d = 11,3

Tra Bảng 2.16 Tần suất lặng gió (PL %) tần suất (P %) và vận tốc gió (V m/s) trung bình theo 8 hướng (QCVN 02-2009/BXD), ta có vận tốc gió u10 = 5,4 m/s

Từ đây ta có bảng sau:

Bảng 1.1: Thông số tính toán mùa hè

Địa điểm

Mùa hè Tháng 5 Nhiệt độ

không khí cao nhất ( 0 C)

Hướng gió chính

Vận tốc gió

u 10 (m/s)

Độ ẩm tương đối của không khí (%)

Dung ẩm không khí d (g/ kg KKK)

Bảng 1.2: Thông số tính toán mùa đông

Mùa đông Tháng 1 Nhiệt độ

Thứ

tự

Đại lượng tính

Ống khói số

1

Ống khói số

2

Ống khói số

1

Ống khói số

2

Ống khói số

1

Ống khói số

tham gia vào

tham gia vào

2

Ống khói số

1

Ống khói số

2

Ống khói số

1

Ống khói số

T

MC

CO CO

T

MC

L

NO NO

T

MC

T Thông số

Nồng độ C max (mg/Nm 3 )

Nồng độ phát thải các chất ô nhiễm trong

khói C (mg/m 3 ) So sánh với QC 19-2009/BTNMT

Ống khói số

1

Ống khói số 2

Ống khói số 1

Ống khói số 2

Ống khói số 1

Ống khói số 2

Ống khói số 1

Ống khói số 2

đạt

Không đạt

Không đạt

Không đạt

2 Cacbon oxit,

Không đạt

Không đạt

Không đạt

Không đạt

Không đạt

Không đạt

CHƯƠNG 2

TÍNH KHUẾCH TÁN

Ta có mô hình khuyếch tán Gauss (áp dụng đối với nguồn điểm, nguồn cao)

Trong đó M : Tải lượng chất ô nhiễm, (mg/s)

u : Vận tốc gió tại chiều cao hiệu quả của ống khói, (m/s)

σy, σz : Lần lượt là hệ số khếch tán theo chiều ngang, theo chiều đứng Trường hợp tính nồng độ hỗn hợp nguồn thải trên mặt đất của ống khói 1 chịu ảnh hưởng từ ống khói 2 và ngược lại:

Chh = C(x,y) + C(x)

σy, σz được xác định theo công thức sau:

σy = a.x0,894 ; σz = b.xc + d;

Với x: khoảng cách xuôi theo chiều gió kể từ nguồn, (km)

Các hệ số a, b, c lấy tùy cấp độ khí quyển, lấy theo bảng sau theo bảng sau:

σ z (m)

Khoảng cách x (km)

σ y (m)

σ z (m)

Khoảng cách x (km)

h : Độ nâng của trục vệt khói, được xác định theo công thức Berliand

D g L T

u u T

Trong đó:

- D là đường kính của miệng ống khói, m

-  là vận tốc phụt ra khỏi miệng ống khói, m/s

 = L T

F = 2

4L T D

- LT :lưu lượng khói thải ở điều kiện thực tế, m3/s

- u10 : vận tốc gió ở độ cao 10 m

- Tkhói : nhiệt độ khói thải (K) với Tkhói = tkhói + 273 = 190 + 273 = 463K

- Tkhói : độ chênh lệch nhiệt độ giữa nhiệt độ khói thải Tkhói và nhiệt độ môi trường xung quanh Txq

Tkhói = Tkhói - Txq = tkhói - txq

- txq : nhiệt độ không khí của môi trường

- Kết quả tính toán được thể hiện ở các bảng sau:

Mùa Ống khói L T

(m 3 /s)

D (mm)



u 10 (m/s)

ΔT = T khói - T xung quanh

= t khói - t xung quanh

Mùa Ống

khói

h (m) H (m)

σ z (C max ) (m) =

Tải lượng chất ô nhiễm M

Mùa hè

h = 15 m h = 25 m h = 30 m h = 15 m h = 25 m h = 30 m h = 15 m h = 25 m h = 30 m

05-0.000 0.200 0.400 0.600 0.800 1.000 1.200 1.400 1.600 1.800 2.000

Bảng 2.7 Tính nồng độ C x , C xy , C hh Bụi của ống khói 2 vào mùa hè

Mùa hè

h = 15 m h = 25 m h = 30 m h = 15 m h = 25 m h = 30 m h = 15 m h = 25 m h = 30 m

05-0.000 0.200 0.400 0.600 0.800 1.000 1.200 1.400 1.600 1.800

Bảng 2.8 Tính nồng độ C x , C xy , C hh Bụi của ống khói 2 vào mùa đông

Ống khói 2 Tải lượng chất ô nhiễm M = 16,22 g/s

Mùa đông

h = 15 m h = 25 m h = 30 m h = 15 m h = 25 m h = 30 m h = 15 m h = 25 m h = 30 m

05-0.000 0.200 0.400 0.600 0.800 1.000 1.200 1.400 1.600

Tải lượng chất ô nhiễm M = 16,22 g/s

Bảng 2.9 Tính nồng độ C x , C xy , C hh SO 2 của ống khói 1 vào mùa hè

Mùa hè

h = 15 m h = 25 m h = 30 m h = 15 m h = 25 m h = 30 m h = 15 m h = 25 m h = 30 m

05-0.000 0.200 0.400 0.600 0.800 1.000 1.200 1.400

Bảng 2.10 Tính nồng độ C x , C xy , C hh SO 2 của ống khói 1 vào mùa đông

Mùa đông

h = 15 m h = 25 m h = 30 m h = 15 m h = 25 m h = 30 m h = 15 m h = 25 m h = 30 m

05-0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45

Bảng 2.11 Tính nồng độ C x , C xy , C hh SO 2 của ống khói 2 vào mùa hè

Mùa hè

h = 15 m h = 25 m h = 30 m h = 15 m h = 25 m h = 30 m h = 15 m h = 25 m h = 30 m

05-0.000 0.050 0.100 0.150 0.200 0.250 0.300 0.350 0.400

Bảng 2.12 Tính nồng độ C x , C xy , C hh SO 2 của ống khói 2 vào mùa đông

Mùa đông

h = 15 m h = 25 m h = 30 m h = 15 m h = 25 m h = 30 m h = 15 m h = 25 m h = 30 m

05-0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40

Bảng 2.13 Tính nồng độ C x , C xy , C hh CO của ống khói 1 vào mùa hè

Mùa hè

h = 15 m h = 25 m h = 30 m h = 15 m h = 25 m h = 30 m h = 15 m h = 25 m h = 30 m

05-0.000 0.050 0.100 0.150 0.200 0.250 0.300 0.350 0.400

Bảng 2.14 Tính nồng độ C x , C xy , C hh CO của ống khói 1 vào mùa đông

Mùa đông

h = 15 m h = 25 m h = 30 m h = 15 m h = 25 m h = 30 m h = 15 m h = 25 m h = 30 m

Bảng 2.15 Tính nồng độ C x , C xy , C hh CO của ống khói 2 vào mùa hè

Mùa hè

h = 15 m h = 25 m h = 30 m h = 15 m h = 25 m h = 30 m h = 15 m h = 25 m h = 30 m

Bảng 2.16 Tính nồng độ C x , C xy , C hh CO của ống khói 2 vào mùa đông

Mùa đông

h = 15 m h = 25 m h = 30 m h = 15 m h = 25 m h = 30 m h = 15 m h = 25 m h = 30 m

Bảng 2.17 Tính nồng độ C x , C xy , C hh CO 2 của ống khói 1 vào mùa hè

Mùa hè

Bảng 2.18 Tính nồng độ C x , C xy , C hh CO 2 của ống khói 1 vào mùa đông

Mùa đông

0.000 10.000 20.000 30.000 40.000 50.000 60.000 70.000

Bảng 2.19 Tính nồng độ C x , C xy , C hh CO 2 của ống khói 2 vào mùa hè

Mùa hè

Bảng 2.20 Tính nồng độ C x , C xy , C hh CO 2 của ống khói 2 vào mùa đông

Mùa đông

0.000 5.000 10.000

0.000 5.000 10.000

CHƯƠNG 3

THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ BỤI

- Chất gây ô nhiễm chủ yếu là CO, SO2 và bụi Việc xử lý khí CO rất khó khăn nên giảm thiểu CO thường là cải tiến thiết bị hoặc thay đổi công nghệ SO2 chỉ vượt quy chuẩn trong trường hợp ống khói 1 vào mùa hè, với h = 15m Còn tất cả các trường hợp còn lại đều nằm trong quy chuẩn cho phép (QCVN 05-2009/BTNMT)

Vì vậy, trong đồ án này chỉ tập trung xử lý bụi phát sinh chủ yếu trong lò đốt, thường là bụi than có kích thước ≥ 10 µm

- Lưu lượng khói thải cần xử lý là:

3.2 Lựa chọn thiết bị xử lý bụi

- Với hiệu suất xử lý cao và không cần tái sử dụng bụi (bụi than), ta chọn thiết bị là Xyclon chùm

- Ưu điểm của thiết bị:

 Hiệu suất xử lý cao, η ≥ 93% đối với bụi có kích thước lớn như bụi than

 Cấu tạo gọn nhẹ

 Chế tạo đơn giản

3.3 Tính toán thiết bị xử lý bụi

3.3.1 Lựa chọn sơ đồ hệ thống xử lý bụi

Sơ đồ hệ thống xử lý bụi như sau:

LÒ ÐỐT RA NGOÀI MÔI TRƯỜNG

SƠ ÐỒ DÂY CHUYỀN XỬ LÝ BỤI

- Bề cao của ống dẫn khí vào khi vận tốc dòng khí vào là vvào=14 m/s

Trong đó:

 L (m3/s): lưu lượng khí cần lọc của xyclon chùm

 n: số lượng xyclon con trong một dãy ngang so với chiều chuyển động của dòng khí

 M (m), d1 (m) : các kích thước cho ở bảng 7.10, 7.8/128 – ÔNKK & XLKT Tập

4.4,84964.3,14.0,15 = 4,29 m/s

 Vậy sức cản khí động của riêng bản thân Xyclon chùm là :

- R: Tổn thất ma sát trên 1[m] dài của đường ống ứng với đường kính hình tròn ở điều kiện tiêu chuẩn, xác định bằng cách tra bảng, [kG/m2

.m]

- l: chiều dài đoạn ống tính toán, [m]

khói thải t= 190 C, tra bảng 5-1/151 (Kĩ thuật thông gió - Trần Ngọc Chấn) được

l (m)

Tổn thất ma sát đơn vị R (kg/m 2 m)

Hệ số hiệu chỉnh tổn thất áp suất ma sát

η khi nhiệt độ thay đổi

ΔP ms (kG/m 2 )

- Σξ: Tổng hệ số sức cản cục bộ của đoạn ống tính toán, tra bảng phụ lục 4

Bảng 3.2 Thống kê hệ số sức cản cục bộ thiết bị trong hệ thống xử lý bụi

- Chọn loại quạt li tâm Ц 4-70 N0 8

- Dựa vào biểu đồ đặc tính của quạt, ta xác định được các thông số như sau:

- Hiệu suất làm việc của quạt: η = 75%

Trong đó:

- ηq: hiệu suất của quạt, 75%

- Lq: lưu lượng quạt, 17457,44 m3/h = 4,849 m3/s

2

65

43

- Nhiệt độ tính toán trong công trình vào mùa hè (tT hè) được lấy bằng nhiệt độ tính toán bên ngoài cộng thêm 2  3 0C Còn nhiệt độ tính toán bên trong công trình về mùa đông (tT

tt

đông) được lấy từ 20  220C

- Vậy ta lấy nhiệt độ bên trong công trình như sau:

 tTtt hè = 34,6 0C

 tT

tt

đông = 22 0C

Bảng 4.1 Thông số tính toán bên trong phân xưởng cơ khí

Mùa Nhiệt độ tính toán

bên ngoài nhà t N

tt

Nhiệt độ tính toán bên trong nhà t T

tt Δt tt = (t T tt - t N tt ).ψ

1.2 Tính tổn thất nhiệt

1.2.1 Tính toán tổn thất nhiệt qua kết cấu bao che

1.2.1.1 Chọn kết cấu bao che

a Tường ngoài, tường trong: tường chịu lực, gồm có ba lớp

Lớp 1: Vữa trát mặt ngoài

- Dày: δ3 = 15mm

- Hệ số dẩn nhiệt: λ1 = 0,6 kcal/m.h.0C

(Theo phụ lục 2: Bảng thông số vật lý của vật liệu xây dựng/[2])

b Cửa sổ và cửa mái: cửa kính

Trong đó: αT: hệ số trao đổi nhiệt mặt bên trong, αT = 7,5 kcal/m2.h.0C

αN: hệ số trao đổi nhiệt mặt bên ngoài, αN = 20 kcal/m2.h.0C

Hệ số truyền nhiệt K (kcal/m 2. h 0 C) Công thức tính K Kết

quả

Lớp 1:

Vữa vôi trát mặt ngoài

15 0,75 K = 1/ ((1/αT) + (δ1/λ1)

+ (δ2/λ1) + (δ3/λ3) + (1/αN)) 1,843

T Kết cấu bao che δ

(mm)

λ (kcal/m.h 0 C)

Lớp 3:

Vữa vôi trát mặt trong

Chiều cao (mm)

Chiều dài (mm)

Chiều cao (mm)

S.lượng (cái)

Chiều dài (mm)

Chiều cao (mm)

S.lượng (bộ) (1

bộ = 8 cửa)

Chiều dài (mm)

Chiều cao (mm)

S.lượng (cái)

Chiều dài (mm)

Chiều rộng (mm)

Bảng 4.4 Tính diện tích truyền nhiệt qua kết cấu bao che

STT Kết cấu bao che a (mm) h, b (mm) s (cái/bộ) Diện tích truyền nhiệt F (m

2 ) Công thức tính F Kết quả

STT Kết cấu bao che a (mm) h, b (mm) s (cái/bộ)

Công thức tính F Kết quả

2 Cửa chính (cửa tôn)

257,14

Công thức tính toán:

(Kcal/h)

t F K

)

Δttt: Hiệu số nhiệt độ tính toán (oC) = (tTtt - tNtt).ψ

Ψ: Hệ số kể đến vi trí của kết cấu bao che đối với không khí ngoài trời, ψ = 1 (Mục 3.2.1/tr 75.KTTG - Trần Ngọc Chấn)

- Trong công thức tính toán này, đối với các tường ngoài, cửa ta cần phải bổ sung thêm lượng nhiệt mất mát do sự trao đổi nhiệt bên ngoài tăng lên ở các hướng khác nhau, nó làm tăng các trị số tổn thất nhiệt đã tính toán

- Hình vẽ thể hiện các hướng tổn thất bổ sung:

STT Kết cấu bao che F (m 2 ) K

(kcal/m 2 h 0 C) ψ

Mùa hè

Δt tt H ( 0 C)

Q t/th tt (kcal/h)

= K.F.Δt tt

H Q bs (kcal/h) Q t/th

KC (kcal/h)

STT Kết cấu bao che F (m 2 ) K

(kcal/m 2 h 0 C) ψ Δt

tt

H ( 0 C)

Q t/th tt (kcal/h)

= K.F.Δt tt

H Q bs (kcal/h) Q t/th

KC (kcal/h)

= Q t/th

tt + Q bs

4 Mái che (mái

STT Kết cấu bao che F (m 2 ) K

(kcal/m 2 h 0 C) ψ

Mùa đông

Δt tt Đ ( 0 C)

Q t/th tt (kcal/h)

= K.F.Δt tt

Đ Q bs (kcal/h) Q t/th

KC (kcal/h)

STT Kết cấu bao che F (m 2 ) K

(kcal/m 2 h 0 C) ψ Δt

tt Đ ( 0 C)

Q t/th tt (kcal/h)

= K.F.Δt tt Đ Q bs (kcal/h) Q t/th

KC (kcal/h)

= Q t/th

tt + Q bs

4 Mái che (mái

- Hướng gió chính mùa hè của phân xưởng là hướng Tây, tính tổn thất nhiệt do rò gió cho mùa hè, cửa chịu tác động của gió là cửa tường Tây Với vị trí này thì các cửa trên tường Tây đón gió 100% diện tích thực

- Hướng gió chính mùa đông của phân xưởng là hướng Đông, tính tổn thất nhiệt do

rò gió cho mùa đông, cửa chịu tác động của gió là cửa tường Đông Với vị trí này thì các cửa trên tường Đông đón gió 100% diện tích thực

- Lượng nhiệt tiêu hao cho việc làm nóng không khí lạnh rò vào nhà được tính theo

- Ck: tỉ nhiệt của không khí, Ck = 0,24 kcal/kg.0C

- Ggió: lượng gió rò vào nhà

- a là hệ số phụ thuộc vào loại cửa

o Đối với cửa 1 lớp khung kim loại thì: cửa sổ a = 0,65

- l (m): tổng chiều dài của khe cửa mà gió lọt qua (chỉ tính cho hướng đón gió)

- tTtt: Nhiệt độ tính toán của không khí trong nhà tùy mùa đang tính toán (o

C)

- tttN: Nhiệt độ tính toán của không khí ngoài nhà tùy mùa đang tính toán (oC)

Bảng 4.7 Lượng nhiệt tiêu hao do rò gió vào mùa hè

1.3 Tính tỏa nhiệt trong phòng

1.3.1 Tỏa nhiệt do người

nguoi t