5 Chuong 5 Ky thuat xu ly o nhiem khong khi am thanh

5 Chuong 5 Ky thuat xu ly o nhiem khong khi am thanh tài liệu, giáo án, bài giảng , luận văn, luận án, đồ án, bài tập lớ...

CHƯƠNG 5

KỸ THUẬT XỬ LÝ Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ - ÂM THANH

5.1 TÍNH TẢI LƯỢNG Ô NHIỄM TỪ CÁC NGUỒN

Việc tính tải lượng ô nhiễm từ các nguồn trong sản xuất rất khó khăn vì các loại nguồn rất ña dạng và phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố khách quan như loại máy, công suất sử dụng…

5.1.1.1 TÍNH TẢI LƯỢNG CHẤT Ô NHIỄM TỪ LÒ ðỐT NHIÊN LIỆU

Nhiên liệu như : than ñá, dầu DO, FO, gaz LPG…là một hỗn hợp các chất các bon; nitơ; hy-drô; ô-xi; lưu huỳnh nước và phần không cháy (tro) Có thể tính lượng sản phẩm cháy của nhiên liệu bằng lí thuyết khi biết thành phần các chất trong nhiên liệu:

Cp – hàm lượng các bon tham gia vào sự cháy trong nhiên liệu

Hp – hàm lượng hydrô tham gia vào sự cháy trong nhiên liệu

Np – hàm lượng Nitơ trong nhiên liệu

Op – hàm lượng ôxi trong nhiên liệu

Sp – hàm lượng lưu huỳnh tham gia vào sự cháy trong nhiên liệu

Ap – hàm lượng tro trong nhiên liệu

Wp – hàm lượng nước trong nhiên liệu

Khi cháy trong không khí sẽ xảy ra các phản ứng hóa học sau:

C + O2 = CO2 + 94,3 kcal

C + ½ O2 = CO + 26,1 kcal

2H2 + O2 = 2H2O

S + O2 = SO2

N2 + O2 = NO2

Từ các phản ứng ta thấy: Mỗi mol khí (hay phân tử gam) ôxi tham gia vao phản ứng với một mol N2 ; S ; C tạo ra một mol khí cháy (hay với 2 mol hydro tạo ra 2 mol hơi nước) Ở ñiều kiện tiêu chuẩn, mỗi mol khí bất kỳ ñều có thể tích là 22,4 lít Nếu xem rằng phản ứng cháy nhiên liệu là hoàn toàn (oxi vừa ñủ ñể cháy hết nhiên liệu) ta có thể tính ñược thể tích sản phẩm cháy khi ñốt 1 kg nhiên liệu Lương không khí khô lý thuyết ñể ñốt hoàn toàn 1 kg nhiên liệu tính theo phản ứng hóa học như sau:

( m 3 / kgNL )

208

4 , 22 100

32

1000 O

100 32

1000 S

100 2 2

1000 H

100 12

1000 C











×

×

−

×

× +

×

×

× +

×

×

=

208 – lượng ôxi (lít) trong 1 m3 không khí ở ñiệu kiện tiêu chuẩn (O2 chiếm 20,8

% thể tích)

22,4 – thể tích 1 mol khí ở ñiều kiện tiêu chuẩn

Lượng khí cháy sinh ra ở ñiều kiện tiêu chuẩn

( m 3 / kgNL )

1000

4 , 22 100

18

1000 W

100 32

1000 S

100 28

1000 N

100 2

1000 H

2 100 12

1000 C











×

× +

×

× +

×

× +

×

×

× +

×

×

=

Lượng nitơ và khí khác trong không khí cấp vào:

Vn = Vkk x 0,792 (m3/kgNL)

Vkhoi = Vspc + Vn + (k-1)Vkk

k – Hệ số thừa không khí của buồng ñốt k = 1,05 ÷ 1,3 sau ñây là bảng thông kê hệ số thừa không khí cho các loại buồng ñốt

Buồng ñốt dầu nặng bằng vòi phun 1,08 ~ 1,2

Buồng ñốt khí tự nhiên bằng mỏ ñốt có ngọn lửa 1,1 ~ 1,15

Buồng ñốt khí tự nhiên bằng mỏ ñốt không có ngọn lửa 1,03 ~ 1,05

Có thể tính thể tích sản phẩm cháy theo công thức sau:

Vspc = [8,865Cp + 32,0 Hp + 0,8 Np + 0,878Sp + 1,24Wp-2,63(Op-Sp)] x 10-2

(m3/kgNL)

(Trần ngọc Chấn)

Có thể tham khảo lượng khí khói tỏa ra khi ñốt một vài loại nhiên liệu thông thường trong bảng sau:

Lượng khí khói

Loại nhiên liệu Trọng lượng

Kg/kgNL

Thể tích

m3/kgNL

(ðKTC)

Trọng lượng riêng khí khói ở ðKTC (kg/m3)

Lượng không khí khô lý thuyết ñể ñốt 1

kg nhiên liệu (kg/kgNL)

Gỗ ẩm 20% 5,6 ~ 5,9 4,3 ~ 4,5 1,31 4,6

Than bùn ẩm 25% 5,5 ~ 6,5 4 ~ 4,7 1,38 4,9

Than ñá 10 ~10,5 7,5 ~ 8,5 1,36 ~ 1,37 9 ~ 9,6

Nồng ñộ SO2 sinh ra trong khí cháy có thể tính theo lý thuyết:

3 3

SPC p spc

2 SO 2

V

20 S V

G

Với các chất gây ô nhiễm khác, nồng ñộ của chúng thay ñổi tùy theo chế ñộ cháy, loại nhiên liệu… nên không thể tính ñược bằng lý thuyết Phải tính thải lượng của chúng theo giá trị trung bình thống kê (hệ số phát thải)

5.1.1.2 TÍNH LƯỢNG KHÍ RÒ RỈ VÀO KHÔNG KHÍ TỪ BỒN CHỨA, ðƯỜNG ỐNG

CÓ ÁP

Trong thực tế sản xuất, rất thường gặp các thiết bị, ñường ống chứa gaz, khí công nghệ cáo áp suất cao Khí các mối nối không tốt sẽ làm rò rỉ khí gas vào không khí Công thức ñể tính lượng khí gaz rò rỉ như sau:

Trong ñó :

µ - Hệ số tiết lưu, phụ thuộc vào bản chất chất khí gas, mức chênh áp trong và ngoài thiết bị… Gần ñúng có thể lấy µ = 0,54

v - Tốc ñộ dòng khí gaz rò rỉ qua khe (m/s) Tính theo công thức :

g – Gia tốc trọng trường g = 9.81

γ - Trọng lượng riêng của khí gaz (kg/m3

)

s / m F v

s / m p

g 2 v

γ

∆

×

×

=

∆p – Áp suất tĩnh trong thiết bị, ñường ống (kg/m)

ΣF – Tồng diện tích các khe hở

Trong trường hợp không tính ñược, có thể tính theo công thức sau:

Trong ñó:

η - hệ số tính ñến trạng thải rò rỉ tăng sau mỗi lần sửa chữa η = 1,5 ~ 2

m – Hệ số rò rỉ, xác ñịnh khi thử ñộ kín của hệ thống thiết bị Tra bảng

Pk – Áp suất làm việc bên trong thiết bị hay hệ thống (kPa)

Vo – Tổng thể tích hệ thống thiết bị (m3)

M – khối lượng phân tử của chất khí gaz

T – Nhiệt ñộ khí gaz (OK = 273 + OC)

Bảng tra hệ số rò rỉ m

Thiết bị Tính chất khí gaz Thời gian thử ñộ kín ở áp

suất làm việc (h) m.10

2

Bình chứa máy nén pitton, thiết bị và

ñường ống có áp chứa khí ñộc và khí

cháy nổ

ðường ống khí cháy, ñộc và khí ñốt

- Trong nhà xưởng

- Ngoài nhà xưởng

5.1.1.3 TẢI LƯỢNG BAY HƠI RA TỪ BỀ MẶT THOÁNG CỦA DUNG DỊCH HAY

a- CÁC CHUẨN SỐ ðỒNG DẠNG CỦA QUÁ TRÌNH TRAO ðỔI NHIỆT VÀ VẬT CHẤT

- Chuẩn số Reinol: Là chuẩn số phản ánh quá trình chuyển ñộng của chất lỏng

Trong ñó: v – tốc ñộ chuyển ñộng của không khí (m/s)

l – Kích thước xác ñịnh (m)

ν - ðộ nhớt ñộng học của không khí (m2

/s)

h / g T

M V

p m 7

, 37

ν

l v

Re = ×

- Chuẩn số phruda.

- Chuẩn số acsimet

∆t – chênh lệch nhiệt ñộ từ ñiểm tính toán tới không khí xung quanh (txq O

C)

- Chuẩn số gracgoph:

Cho chất lỏng bay hơi:

β - hệ số dãn nỡ thể tích theo nhiệt ñộ khí β = 1/ttb

ttb - Nhiệt ñộ trung bình của bề mặt bay hơi và khối khí (oC)

∆t – chênh lệch nhiệt ñộ từ mặt bay hơi tới không khí xung quanh (o

C)

ρo = γo / g – Mật ñộ riêng của không khí xung quanh

ρ1 = γ1 / g – Mật ñộ riêng của chất bay hơi trên bề mặt thoáng

- Chuẩn số Phrandt:

Pr = ν/a = νcpρ/λ

Chuẩn số Phrandt khuếch tán:

P`r = λ/D

B

325 , 101 273

t 273 D

D

m









×

=

Trong ñó:

a = λ/ cpρ - Hệ số dẫn nhiệt ñộ (m2/s)

λ - Hệ số dẫn nhiệt của không khí khô (W/m O

C)

Cp – Nhiệt dung riêng ñẳng áp của không khí (kJ/kg OC)

ρ = γ / g – Mật ñộ riêng của không khí

D0 – Hệ số khuếch tán phân tử ở ñiều kiện tiêu chuẩn

m – hằng số (tra bảng Thiết kế thông gió công nghiệp C3-5 trang 62 – Hoàng Thị Hiền)

2

v

l g r

2 r

t 273 v

1 t

l g A

+

×

×

∆

×

×

=

2

3 r

t l g G

ν

β

×

∆

×

×

=

1 1 o

3

G = × × ρ − ρ × ρ × ν

- Chuẩn số Nuxen nhiệt:

r

r P G c

l

λ

× α

=

Chuẩn số Nuxen khuếch tán:

r

r P ` G c D

l

` u

`

s / m ) C C ( F

G

`

o

1 −

×

= β

Với:

α - hệ số trao ñổi nhiệt của dung dịch và không khí (W/m2 O

C)

c và n – hệ số

G – cường ñộ bay hơi (g/s)

F – diện tích bay hơi (m2_)

C1 và Co – Nồng ñộ hơi trên bề mặt và trong không khí (g/m3)

b- BỐC HƠI Ở CHẾ ðỘ KHUẾCH TÁN

Công thức tính cho nguồn có kích thước nhỏ, không khí không chuyển ñộng trên mặt phân chia pha, tích

số Pr.Gr < 1 (cá biệt có thể xuất hiện ở giá trị giới hạn Pr.Gr ≤ 40) như sau:

Trong ñó:

D – hệ số khuyếch tán (m2/s)

l – kích thước xác ñịnh (m)

P1 và Po – Áp suất riêng phần của hơi trên bề mặt ngăn pha và trong không khí (kPa)

B – áp suất khí quyển (kPa)

ρ = γ / g – Mật ñộ riêng của hơi bay vào không khí

Hoặc theo công thức:

Với: C1 và Co – Nồng ñộ hơi bão hoà trên bề mặt phân chia pha và nồng ñộ hơi trong không khí

Nếu dung dịch ñựng trong bình có ñộ sâu từ mép tới mặt thoáng h (m) tính lượng bay hơi theo công thức:

h / g B

P P l D 10 2 , 7

l D 10 2 , 7

h / g P

B

P B ln h

F D 10 6 , 3 G

1

o











−

−

×

×

×

×

=

Với: F – diện tích mặt thoáng (m).

c- BỐC HƠI TRONG ðỐI LƯU TỰ NHIÊN

c1- Bốc hơi trong chế ñộ chảy tầng:

Công thức dùng trong trường hợp giá trị 2.102 < Gr.Pr` < (Gr Pr`)gh

- Khi bay hơi từ bế mặt ñứng: (Gr Pr`)gh = 2,3 108

h / g M

M 1 l

100

M D

F 64 , 4 G

4 h

kk 4

4 h 1 2 1











−

×

×

× ρ

×

×

=

- Khi bay hơi từ bế ngang và hơi nhẹ hơn không khí: (Gr Pr`)gh = 7,1 105

h / g 1 M

M l

100

M D

F 91 , 6 G

4 h

kk 4

4 h 1 2 1











−

×

×

× ρ

×

×

=

- Khi bay hơi từ bế ngang và hơi nặng hơn không khí: (Gr Pr`)gh = 1,25 109

h / g M

M 1 l

100

M D

F 78 , 3 G

4 h

kk 4

4 h 1 2 1

d = × × × ρ × ×    −   

Mh – khối lượng phân tử của hơi (B3-5 trang 62)

Mkk – Khối lượng phân tử của không khí

c2- Bốc hơi trong chế ñộ chảy rối:

ðặc trưng của chế ñộ này là lớp không khí trên mặt thoáng của dung dịch chảy trong chế ñộ rối Khi ñó Gr.Pr` > (Gr Pr`)gh Phương trình chuẩn số Nuxen với các số mũ n = 1/3; C = 0,136 khi bay hơi từ mặt ñứng ; c = 0,18 bay hơi từ mặt nằm ngang với hơi nhẹ hơn không khí và c = 0,09 bay hơi từ mặt nằm ngang với hơi nặng hơn không khí Ta có công thức tính:

- Khi bay hơi từ bề mặt ñứng:

h / g M

M 1 M

D F 42 , 12 G

3 h

kk 3

/ 4 h 3 / 4 1 3

d = × × × ρ × ×    −   

- Khi bay hơi từ bề ngang và hơi nhẹ hơn không khí:

h / g 1 M

M M

D F 42 , 16 G

3 h

kk 3

/ 4 h 1 3











−

×

× ρ

×

×

×

=

- Khi bay hơi từ bề ngang và hơi nặng hơn không khí:

h / g M

M 1 M

D F 28 , 8 G

3 h

kk 3

/ 4 h 1 3











−

×

× ρ

×

×

×

=

d- BỐC HƠI TRONG CHẾ ðỘ ðỐI LƯU CƯỠNG BỨC

Với: v – Tốc ñộ chuyển ñộng của gió trên mặt thoáng (m/s)

5.1.1.4 TỎA KHÍ DO NẠP ACQUI

Acqui dùng cho lưu trữ ñiện thường gặp là loại acqui chì Trước khi dùng người ta phải nạp ñiện Quá trình này sẽ sinh ra khí Hydrô và axit sulfuaric Lương khí hydrô sinh ra tính gẩn ñúng theo công thức:

G = 9,44 10-3 E n , g/h

Với: E – ðiện dung của acqui (A.h)

N – số acqui cùng nạp

Lượng dung môi sơn bay lên từ màng sơn bề mặt vật liệu ñược sơn tính theo công thức:

Trong ñó:

A – Lượng tiêu thụ sơn trên 1 m2 bề mặt vật liệu (g/m2)

m – hàm lượng chất bay hơi trong sơn (%)

F – Tổng diện tích bề mặt ñược sơn (m2)

Z – Thời gian sơn khô ( h)

G – tổng lượng sơn ñã dùng (g)

a – số công nhân sơn (người)

n – năng suất sơn trung bình (m2/ng.ca)

) h / g ( Z

100

F m A g

×

×

×

=

( g / h )

Z 100

n a m A g

×

×

×

×

=

( g / h )

Z 100

m G g

×

×

=

Loại sơn và phương pháp sơn A (g/m 2 ) m (%)

5.1.1.6 TÍNH TOÁN TẢI LƯỢNG CHẤT GÂY Ô NHIỄM QUA HỆ SỐ PHÁT THẢI

Hệ số phát thải chất gây ô nhiễm là một số biểu thị tỷ lệ giữa lượng phát thải chất ô nhiễm với một ñơn vị nhiên liệu tiêu hao hay một ñơn vị sản lượng sản phẩm nào ñó (ñược lấy làm thông số ñặc trưng) Những

số liệu này thường ñước các cá nhân và cơ quan theo dõi lâu ngày và ñưa ra Nó có tính chính xác cao hơn nếu xuất phát từ tính toán lý thuyết nhưng cũng không cao nếu chỉ từ thực tế sản xuất Hệ số phát thải chất gây ô nhiễm thường ñược dùng cho công tác dự báo, thiết kế ban ñầu

Công thức tính tải lượng chất gây ô nhiễm theo hệ số phát thải như sau:

G = k M

Với: k - Hệ số phát thải chất gây ô nhiễm

M – Thông số ñặc trưng

Bảng dưới ñây là một số hệ số phát thải thường dùng

Hệ số phát thải chất gây ô nhiễm của phương tiện giao thông

Hệ số phát thải (kg/ T nhiên liệu) Phương tiện Công suất

Bụi SO2 NOX CO VOC

Loại nhiên liệu

Ô tô con 1.4 ~ 2.0 0,86 20.S 22,02 194,7 27,65 xăng

Xe máy Hai thì <50 cc 6,7 20.S 2,8 550 330 xăng

Xe máy Hai thì >50 cc 4 20.S 2,7 730 500 xăng

Chú thích: S: hàm lượng lưu huỳnh trong dầu DO ( 500 PPM) và xăng (0,1%)

Hệ số phát thải chất gây ô nhiễm của lò hơi nhiệt ựiện theo bảng sau

Hệ số phát thải (kg/ T nhiên liệu) Loại nhiên liệu

Dầu FO 0,28 20.S 2.84 0,71 0,035

Hệ số phát thài chất gây ô nhiễm trong các phân xưởng rèn, ựúc, hàn kim loại

Loại công nghệ Loại chất gây ô nhiễm đơn vị tắnh Hệ số phát thải

đúc gang Khắ CO g/tấn kim loại rót khuôn 500 ~ 1.000 đúc thép Khắ CO g/tấn kim loại rót khuôn 400 ~ 800 Rèn không có chụp

Toả nhiệt, ẩm, CO2 do người

Nhiệt ựộ không khắ xung quanh ( O C)

Mức

lao

ựộng

Khắ

CO 2

(g/h)

5.2 KỸ THUẬT THU GOM CHẤT GÂY Ô NHIỄM TẠI NGUỒN

5.2.1 TỦ HÚT

đN: là loại chụp bao kắn nguồn phát sinh chất ô nhiễm bằng vách cứng, có cửa ựể ựưa nguyên vật liệu ra vào, quan sát và thao tác Ngưới thao tác ựứng ngoài tủ

5.2.1.1 TỦ HÚT TỰ NHIÊN

- Cấu tạo Ờ nguyên lý thải khắ

- Lĩnh vực áp dụng: Dùng cho nguồn toả nhiệt

- Tắnh lưu lượng hút

h / m F Q h 114

h = × × ×

h – Chiều cao cửa mở (m)

F – Tổng diện tích cửa mở (m2)

Q – lượng nhiệt thừa sinh ra trong tủ (W)

5.2.1.2 TỦ HÚT CƠ KHÍ

- Là tủ hút dùng quạt hút khí lẫn chất gây ô nhiễm về thiết bị xử lý

- Lĩnh vực áp dụng: Dùng cho nguồn toả bụi; hơi khí ñộc; hay kết hợp nhiều loại

- Bố trí vị trí hút: Hút bụi + khí nặng bố trí miệng hút bên dưới thấp Hơi khí nhẹ bố trí miệng hút trên cao

- Tính lưu lượng hút:

h / m F v 3600

v – Vận tốc hút không khí qua cửa (m/s) Nhận từ v = 0,5 ~ 1,5 m/s

ΣF – Tổng diện tích lỗ cửa (m2

)

5.2.1.3 CÁC CẤU TẠO KHÁC

- Tủ hút vỏ xoáy ốc trên bàn làm việc

- Tủ hút trên miệng nạp liệu bồn, bể, boong-ke

5.2.2 BUỒNG HÚT

- Buồng hút ñược làm bao kín máy hay thao tác công nghệ toả nhiều chất gây ô nhiễm như hơi khí ñộc hay bụi ví dụ như: Buồng phun sơn, phun bi làm sạch vật ñúc

- Có thể không có công nhân hay có công nhân trong buồng

- Buồng hút có miệng hút ngang :

Lưu lượng hút của buồng:

h / m F v 3600

v – Vận tốc hút không khí qua cửa (m/s) Nhận từ v = 0,5 ~ 1,0 m/s

F – Diện tích lỗ cửa (m2)

Khi có công nhân trong buồng thì phải bố trí vị trí làm việc ở trước gió của nguồn toả chất gây ô nhiễm

- Buồng hút có miệng hút dưới sàn:

Lưu lượng hút của buồng:

h / m F v 3600

v – Vận tốc hút không khí qua cửa (m/s) Nhận từ v = 0,5 ~ 0,7 m/s F – Diện tích sàn (m2)

5.2.3 CHỤP HUT KHÍ NÓNG

- Cấu tạo

- Tính lưu lượng

h / m F

F L

n

c ñl

h = ×

h / m F Z Q 64

n ñl

ñl = × × ×

F

Qñl =αñl× n× n − xq

(t t ) W/m C 5

,

xq n

ñl = × − α

Fn – diện tích nguồn toả nhiệt (m2)

Fc – diện tích chụp hút nhiệt (m2)

Lñl – Lưu lượng khí trong dòng ñối lưu (m3/h)

Z – Chiều cao từ nguốn toả nhiệt tới mép dưới chụp hút (m)

Qñl – Nhiệt ñối lưu (W)

tn – Nhiệt ñộ nguồn nhiệt (oC)

Txq – Nhiệt ñộ không khí xung quanh (oC)

αñl – Hệ số toả nhiệt ñối lưuNhiệt ñối lưu (W/m2 o

C)

- Là loại chụp ñặt trên các cửa lò nung kim loại Lửa và khí lò thường tràn ra vì áp suất dương trong lò

- Vận tốc khí khói tại cửa lò:

(m/s)

p g 2 v

1

tb γ

∆

×

×

× µ

=

µ- Hệ số tiết lưu (= 0,6 ~ 0,65)

∆p - Áp suất dương trong lò trung bình:

( ) ( ) pa 2

h p

p = ∆ o + × γkk− γ1

∆

- Tính khoảng cách từ cử lò tới vị trí giao của tâm luồng khí nóng từ lò ra với mặt cắt dưới của chụp hút x:

) m ( A n 63 , 0

d m y

x 3

r

2 td 2

×

×

×

×

=

xq 1 2

tb

td r

t 273

t t v

d 807 , 9 A

+

−

×

×

=

- Chiều sâu miệng chụp:

) m ( 2

d x

td

x = + ×

- Chiều rộng miệng chụp: B = b + 0,15~0,2) (m)

- Lưu lượng khí khói hút hút từ chụp:

) s / m ( t 273

t 273 L

d

x 0014 , 0 d

x 085 , 0 L

) s / m ( h b v L

) s / m ( L

L L

3 1

xq 1

2

td td

xq

3 tb

1

3 xq

1

+

+

×

×





























× +

×

=

×

×

=

+

=

5.2.3.3 CHỤP HÚT TRÊN BỄ LÒ RÈN

- Cấu tao:

- Tính lưu lượng hút khi dùng quạt:

Lh = (350 ~ 475) k.Gnl (m3/h) Gnl – Lượng than tiêu hao trong bễ (kg)

k – Hệ số k = 1 khi bễ có 1 ổ lửa và k=1,5 khi bễ có 2 ổ lửa

- Nhiệt ñộ khí thải

Tth = (Gnl -3).n + 150 (oC)

n – hệ số n = 5,6 khi bễ có ổ 1 lửa và n = 2,3 khi bễ có 2 ổ lửa

- Khi chụp thải khí tự nhiên (bảng 4.3 [2])

5.2.4 CHỤP HÚT HƠI ðỘC TRÊN THÀNH BỂ

- Cấu tạo:

Là loại khe hút ñặt dọc trên thành các bể toả hơi khí ñộc dẫn khí hút ñược xuống ống vận chuyển ngầm dưới ñất hay trên mặt sàn nhà Chiều cao khe thường là 100mm chiều dài suốt dọc thành bể Gồm

có các loại:

+ Chụp hút 1 bên: Dùng khi B <= 0,7m

+ Chụp hút 2 bên: Dùng khi B = 0,7 ~ 1,2m

+ Chụp hút 1 bên và thổi 1 bên khi B = 1,2 ~ 2 m

+ Chụp hút 2 bên và thổi ở giữa bể khi B > 2m