Đồ án thiết kế hệ thống xử lý khí thải lò nung xi măng

Sau khi bề mặt chất lỏng bao bọc phần lớn các hạt, các hạt còn lại tiếp tục tới gần chất lỏng,do kết quả của sự va đập đàn hồi với các hạt được nhùng chìm trước đó, chúng có thể bị đẩy t

KHOA MÔI TRƯỜNG

TRƯỜNG ĐH TN VÀ MÔI TRƯỜNG Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

KHOA MÔI TRƯỜNG

- Trình bày tống quan về các phương pháp xử lý khí thải

- Đề xuất phương án xử lý và thuyết minh

cảm ơn sâu sắc đến các thầy cô trong khoa MÔI TRƯỜNG – Trường ĐẠI HỌC TÀI NGUYÊN & MÔI TRƯỜNG TP.HCM, đặc biệt là Thầy Trần Tiến khôi đã nhiệt tình giúp đỡ em hoàn thành đồ án cũng như giúp em có cái nhìn thực tế hơn Quá trình làm

đồ án như một bài thực hành lớn giúp chúng em không chỉ củng cố được kiến thức đã học mà còn giúp chúng em học hỏi được nhiều điều mới mẻ, nhiều kiến thức cần thiết

để sau khi ra trường có thể làm việc thực tế và hiệu quả

Tuy vậy, do thời gian có hạn, cũng như kinh nghiệm còn hạn chế của một sinh viên nên trong đồ án này sẽ không tránh khỏi những thiếu sót, hạn chế nhất định Vì vậy, em rất mong nhận được sự chỉ bảo của các Thầy Cô để em bổ sung, nâng cao kiến thức của mình, phục vụ tốt hơn công tác thực tế sau này

Em xin chân thành cảm ơn!

1 Nội dung đồ án môn học

2 Tinh thần, thái độ và tác phong làm việc

3 Bố cục và hình thức trình bày đồ án môn học

1 Nội dung đồ án môn học

2 Tinh thần, thái độ và tác phong làm việc

3 Bố cục và hình thức trình bày đồ án môn học

Ô nhiễm không khí là vấn đề cấp thiết của toàn thế giới nói chung và Việt Nam nòi riêng, cùng với sự phát triển của các ngành công nghiệp vấn đề này đang trở nên khó khăn hơn Việt Nam là một nước công nghiệp đang phát triển với nguồn tài nguyên khoáng sản dồi dào kéo theo các ngành công nghiệp nặng như xây dựng, khai khoáng… luôn được đầu tư và phát triển mạnh mẽ, trong đó không thể không kể đến ngành công nghiệp sản xuất xi măng, được biết đến ở Việt Nam từ năm 1975 sau 40 năm xây dựng và phát triển ngành đã có sự nhảy vọt nhờ khoa học công nghệ tiên tiến được lan rộng ra khắp cả nước và là ngành kinh tế hàng đầu của quốc gia Nhưng kéo theo đó là hệ quả về môi trường nghiêm trọng đặc biệt là ô nhiễm không khí ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống sức khoẻ của người dân và môi trường

Một trong những khí thải gây ô nhiễm cần xử lý ở đây là khí sulfur dioxide (SO2) được sản sinh trong hoạt động đốt nhiên liệu của lò nung và bụi Xử lý SO2 và bụi có nhiều phương pháp khác nhau, tùy thuộc vào nguồn thải, hiệu quả xử lý cũng như chi phí đầu tư Với đồ án môn học Xử Lý Khí Thải được đưa ra với nhiệm vụ thiết

kế phương án xử lý khói thải lò nung xi măng với Cbụi= 1000 mg/m3 ,CSO2= 1500 mg/m3 ,lưu lượng 15000 m3/h, để nồng độ đầu ra đạt QCVN 23: 2009/BTNMT

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1

1.1 Khái niệm 1

1.2 Phân loại xi măng 1

1.3 Công nghệ sản xuất xi măng 1

1.3.1 Xi măng lò đứng 2

1.3.2 Xi măng lò quay 2

1.4 Quá trình sản xuất xi măng 5

1.5 Các dạng ô nhiễm từ lò nung và nguồn gốc phát sinh 6

1.5.1 Bụi: 6

1.5.2 Khí thải độc hại: SO 2 7

1.6 Tác hại của bụi và khí SO 2 do lò nung xi măng gây ra 7

CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ 9

2.1 Các phương pháp xử lý bụi 9

2.1.1 Phương pháp lọc bụi khô 9

2.1.1.1 Buồng lắng bụi 9

2.1.1.2 Cyclon 10

2.1.1.3 Hệ thống lọc túi vải 10

2.1.2 Phương pháp lọc bụi ướt (tháp phun, tháp đệm,venture, ) 11

2.1.3 Thiết bị lọc bụi tĩnh điện 12

2.2 Các phương pháp xử lý khí 13

2.2.1 Phương pháp hấp thụ 13

2.2.2 Phương pháp hấp phụ 17

2.2.3 Phương pháp thiêu đốt 18

2.3 Đề xuất và thuyết minh công nghệ 18

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ DÂY CHUYỀN XỬ LÝ BỤI LÒ NUNG XI MĂNG 21

3.1 Xyclone (thiết bị xử lý sơ bộ) 21

3.2 Lọc túi vải ( thiết bị thu bụi tinh) 29

CHƯƠNG 4: XỬ LÝ KHÍ SO2 TỪ LÒ NUNG XI MĂNG 43

4.1 Phương án xử lý 43

4.2 Tính toán 43

4.2.1 Tính toán cân bằng vật chất 44

4.2.2 Phương trình cân bằng cho quá trinh hấp thụ SO 2 bằng huyền phù vôi 45

4.3 Tính tháp hấp thụ 47

4.3.1 Chọn vật liệu đệm 47

4.3.2 Tính toán đường kính tháp hấp thụ 47

4.3.3 Xác định chiều cao tháp hấp thụ 47

4.4 Tính trở lực tháp 54

4.4.1 Tổn thất áp suất đệm khô 54

4.4.2 Tổn thất áp suất của đệm ướt 55

4.5 Tính các công trình phụ trợ 55

4.5.1 Tính bơm 55

4.5.2 Tính quạt 56

4.6 Tính toán cơ khí 57

4.6.1 Tính bề dày thân 57

4.6.2 Tính nắp và đáy thiết bị 58

4.6.3 Đường kính ống dẫn 59

4.6.4 Tính bích 61

4.6.5 Cửa tháo đệm và cửa nhập liệu 63

4.6.6 Lưới chắn lỏng 63

4.6.7 Lưới đỡ đệm 63

4.6.8 Địa phân phối 64

4.6.9 Chân đỡ - Tai treo 64

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 67

5.1 Kết luận 67

5.2 Kiến nghị 67

Tài liệu tham khảo 68

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

1.1 Khái niệm

Xi măng (Cement) là chất kết dính thuỷ lực được tạo thành bằng cách nghiền mịn clinker, thạch cao thiên nhiên và phụ gia Khi tiếp xúc với nước thì xảy ra các phản ứng thuỷ hoá và tạo thành một dạng hồ gọi là hồ xi măng Tiếp đó là sự hình thành của các sản phẩm thuỷ hoá, hồ xi măng bắt đầu quá trình hoá cứng để cuối cùng tạo thành một dạng vật liệu có cường độ và độ ổn định nhất định

Clinker là nguyên liệu chính sản xuất ra xi măng Clinker là sản phẩm nung thiếu khí ở 1450℃ của đá vôi,đất sét và một số phụ gia.Thành phần chính của clinker

là

 CaO= 62-68%

 SiO2=21-24 %

 Al2O3= 4-8%

 Fe2O3=2-5 % Ngoài ra còn có một số các oxit khác với hàm lượng nhỏ: MgO,

Na2O,K2O(hàm lượng MgO≤5%, tổng hàm lượng kiềm không vượt quá 2%)

1.2 Phân loại xi măng

Hiện nay trên thế gới đã sản xuất hơn 40 loại xi măng khác nhau như: xi măng Pooclang, xi măng Pooclang hỗn hợp,… Tuỳ theo yêu cầu công trình khác nhau để lựa chọn xi măng cho phù hợp Ở thị trường Việt Nam thường sử dụng 2 loại chính là:

 Xi măng Pooclang (PC): gồm clinker với một lượng thạch cao nhất định ( chiếm

từ 4-5%)

 Xi măng Pooclang hỗn hợp (PCB):gồm clinker ,thạch cao và phụ gia ( lượng

phụ gia kể cả thạch cao không quá 40%, lượng phụ gia đầy không quá 20%)

1.3 Công nghệ sản xuất xi măng

Nguyên liệu sản xuất xi măng là đá vôi, đất sét, cát, quặng sắt được pha trộn theo đơn phối liệu cần thiết rồi nghiền trong máy nghiền (máy nghiền bi hoặc máy nghiền đứng) Nghiền ướt hay nghiền khô phụ thuộc công nghệ đã lựa chọn Phối liệu

đã mịn được đưa vào lò nung ở nhệt độ cao (1450 ), kết khối thành clinker Theo nguyên lý hoạt động lò nung, ta chia công nghệ xi măng làm hai nhóm

Clinker nung từ lò đứng có chất lượng thấp do phản ứng tạo khoáng chỉ ở pha rắn (nhiệt độ nung 1400-1450 ), mức kết khối kém, phản ứng không hoàn toàn Phần làm nguội khó điều khiển, khó đảm bảo chất lượng Hơn nữa, xi măng lò đứng gây ô nhiễm môi trường nên hiện tại hầu như không tồn tại ở những nước công nghiệp phát triển

Ở Việt Nam, có khoảng 100 lò đứng với tổng sản lượng khoảng 4 triệu tấn xi măng/ năm Công nghệ xi măng lò đứng sẽ không được tiếp tục đầu tư, các nhà máy hiện có phải chuyển đổi công nghệ khác trong tương lai gần

1.3.2 Xi măng lò quay

Theo độ ẩm của phối liệu vào lò nung, ta chia công nghệ sản xuất xi măng này thành 3 nhóm

+ Phương pháp ướt (phối liệu vào ở dạng bùn past, độ ẩm khoảng 36-42%)

+ Phương pháp khô (độ ẩm phối liệu vào khoảng < 1%)

+ Phương pháp bán khô (độ ẩm phối liệu vào lò 10 - 12%)

Nguyên liệu khai thác ở mỏ, chuyền về nhà máy Định lượng nguyên liệu bằng

hệ thống cân và bin tiếp liệu, rồi đưa vào máy nghiền bị ướt Phối liệu ướt, đủ độ mịn được chứa trong những bể chứa Bể chứa có những cánh khuấy cơ học, đồng thời sục khí nén làm đồng đều Hệ thống nghiền ướt và các bể chứa bùn cần diện tích mặt bằng lớn Khi chứa trong bể ta có thể điều chỉnh thành phần phối liệu trước khi nung Bùn phối liệu vào lò nung, nhiên liệu than được nghiền mịn bằng máy nghiền phun vào lò theo hướng ngược chiều hướng phối liệu.Sau những biến đổi hóa lý, phối liệu thành clinker ra khỏi lò quay, được làm nguội bằng thiết bị làm nguội kiểu ghi Silo chứa clinker Từ đây có thể xuất clinker tới các trạm nghiền ngoài nhà máy nhờ giao thông vận tải, hoặc nghiền với các phụ gia và thạch cao bằng máy nghiền bi thành xi măng

Lò quay nung clinker rất dài (120 - 150m, lò dài nhất tới 240m) tất cả các quá trình hóa lý từ bay hơi ẩm, phản ứng pha rắn, tạo pha lỏng và kết khối clinker xảy ra trong lò quay Tiêu tốn năng lượng riêng trong lò quay phương pháp ướt rất cao (1300

- 1450 kcal/kg clinker) Để tăng hiệu quả sấy phối liệu và rút ngắn chiều dài lò, người

ta lắp thêm các xích sắt ở phần đầu lò hoặc tách riêng thiết bị sấy nếu có thể khỏi lò quay

 Phương pháp khô

Nguyên liệu đá vôi, đất sét và quặng sắt được các pin tiếp liệu đưa vào nghiền trong máy nghiền đứng, nghiền khô Bột phối liệu mịn được đưa vào silo dồng nhất Bột phối liệu cao có mức đồng nhất đạt yêu cầu được bơm khí nén chuyển vào lò nung

Do phối liệu khô, lò nung có cấu tạo hai phần: phần thiết bị trao đổi nhiệt kiểu treo và phần lò quay Than đá được nghiền bằng máy nghiền phun cháy trong lò theo chiều ngược với chiều chuyển vận của bột phối liệu Khói lò có thể lọc qua tháp tách kiềm Làm nguội clinker bằng thiết bị làm nguội kiểu ghi, sau đó chứa trong silo Từ đây có thể xuất clinker trực tiếp theo hệ thống vận tải, hoặc nghiền với các phụ gia và thạch cao thành xi măng chứa trong các silo

Các máy nghiền đứng nghiền nguyên liệu trong phương pháp khô có ưu thế hơn

so với phương pháp nghiền ướt về nhiều chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật, môi trường Năng lượng tiêu tốn là 730 - 800 kcal/kg clinker

 Phương pháp bán khô

Độ ẩm phối liệu đầu vào trong khoảng 10 - 12% Do độ ẩm còn tương đối cao, cần có bộ phận sấy phối liệu trước khi vào lò Để sấy phối liệu có thể có thêm thiết bị sấy đứng hoặc sấy thùng quay trước khi vào thiết bị trao đổi nhiệt kiểu treo của lò

GVHD: Trần Tiến Khôi

SVTH: Phan Đình Khánh Trâm

4 Hiện nay, các nhà máy hầu như không dùng phương pháp này mà chỉ dùng phương pháp ướt hoặc phương pháp khô

1.4 Quá trình sản xuất xi măng

Sơ đồ sản xuất xi măng

Tháp trao đổi nhiệt

Bụi

Bụi, tiếng ồn

Khói lò(CO,NOX,SO2,Bụi,…)

Bụi, tiếng ồn

Bảng 1.1 : Phân loại theo độ bám dính

than cốc,bụi magezit (MgCO3) khô, bụi lò cao,

loại,bụi xi măng khô,mồ hóng,mạt cưa,

thạch cao mịn,…

 Tính thấm

Tính thấm nước có ảnh hưởng nhất định đến hiệu quả lọc của thiết bị lọc kiểu ướt, đặc biệt khi thiết bị làm việc có tuần hoàn Khi các hạt khó thấm tiếp xúc với bề mặt chất lỏng, chúng bị bề mặt chất lỏng bao bọc.Ngược lại, đối với các hạt dễ thấm nước chúng không bị nhúng chìm hay bị bao bọc bởi các hạt lỏng mà nổi trên bề mặt nước Sau khi bề mặt chất lỏng bao bọc phần lớn các hạt, các hạt còn lại tiếp tục tới gần chất lỏng,do kết quả của sự va đập đàn hồi với các hạt được nhùng chìm trước đó, chúng có thể bị đẩy trở lại dòng khí , do đó hiệu quả lọc thấp

Các hạt phẳng dễ thấm nước hơn so với các hạt có bề mặt không đồng đều Sở

dĩ như vậy là do các hạt các hạt có bề mặt không đều hầu hết được bao bọc bởi vỏ khí được hấp thụ cản trở sự thấm

 Tính hút ẩm và tính hoà tan

Các tính chất này của bụi được xác định trước hết bởi thành phần hoá học của chúng cũng như khích thước, hình dạng và độ nhám của bề mặt Nhờ tính hút ẩm và tính hoà tan mà bụi có thể lọc được trong các thiết bị lọc kiểu ướt

Bụi của xi măng ở dạng rất mịn tồn tại lơ lửng, khi hít vào phổi rất dễ gây bệnh

về đường hô hấp Đặc biệt, khi hàm lượng SiO2 tự do lớn hơn 2% có thể gây bệnh silicon phổi Ngoài ra, bụi theo gió phát tán rất xa,sa lắng xuống mặt đất và nước làm hỏng đất trồng và suy thoái hệ thực vật Bụi bám trên lá và thân cây làm cho thực vật không quang hợp được

Bụi ximang thường gây kích thích cơ học, sinh phản ứng xơ hoá phổi,bệnh về đường hô hấp

 Khí thải: SO 2

SO2 là một khí tương đối nặng nên ở gần mặt đất, ngang tầm thở của con người Chính vì vậy, sự có mặt của SO2 trong không khí với nồng độ cao, thời gian dài sẽ gây

ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe con người, động vật, thực vật và môi trường

 Đối với con người: SO2 đi vào cơ thể thông qua hệ hô hấp, gây sưng niêm mạc khi hàm lượng SO2 thấp nhưng khi hàm lượng SO2 cao ( > 0,5 mg/m3) sẽ gây tức thở,

ho, viêm loét đường hô hấp và nếu có mặt cả SO2 và SO3 thì sẽ gây co thắt phế quản thậm chí là tử vong Do dễ hòa tan trong nước nên SO2 sau khi hít thở vào sẽ hòa tan vào máu tuần hoàn và hình thành axit H2SO3, H2SO4 gây rối loạn hệ chuyển hóa đường – prôtêin , thiếu vitamin B, C, gây hại cho cho hệ tạo huyết và tạo ra methemoglobin để tăng cường quá trình oxy hóa Fe2+ thành Fe3+ gây tắc nghẽn mạch máu và khó thở

260 - 130 Liều nguy hiểm sau khi hít thở 30 – 60 phút

1300 - 1000 Liều gây chết nhanh sau khi hít thở 30 – 60

phút

Bảng 1 Tác hại của khí SO 2 đến động vật với nồng độ khác nhau

 Đối với thực vật: Rêu và địa y là loại nhạy cảm với khí SO2 nhất Khi nồng độ

SO2 khoảng 0,03 ppm gây ảnh hưởng đến sự sinh trưởng của rau quả, 0,15 – 0,3 ppm gây độc kinh niên và 1 – 2 ppm sẽ gây chấn thương lá cây sau vài giờ tiếp xúc Ngoài

ra, mưa axit hình thành từ SO2 sẽ làm cản trở quá trình quang hợp, phá hoại các tổ chức bên trong và làm suy giảm khả năng chống bệnh và sâu hại cho cây trồng

 Đối với môi trường : SO2 bị oxi hóa thành SO3 trong không khí, khi gặp nước

sẽ tạo thành axit H2SO4 và đây cũng là nguồn gốc tạo ra mưa axit Tác hại của mưa axit rất nghiêm trọng và ảnh hưởng xấu dến các hệ sinh thái trên cạn, dưới nước, nguồn nước mặt dần dần bị axit hóa Hơn nữa, mưa axit còn làm hủy hoại vật liệu, kim loại và các công trình xây dựng

CHƯƠNG 2:

CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ 2.1 Các phương pháp xử lý bụi

2.1.1 Phương pháp lọc bụi khô

2.1.1.1 Buồng lắng bụi

Cấu tạo đơn giản 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 đột ngột giảm xuống rất nhỏ  hạt bụi có đủ thời gian rơi xuống chạm đáy

Buồng lắng bụi được ứng dụng để lắng bụi thô có kích thước hạt từ 30 trở lên Tuy vậy, các hạt có kích thước nhỏ hơn vẫn có thể bị giữ lại trong buồng lắng Một vài ứng dụng thiết bị này là dùng trong lò vôi, lò đốt và các nhà máy chế biến thức ăn gia súc

Hình 2.1: Buồng lắng

Ưu điểm: Thiết bị cấu tạo đơn giản, đầu tư thấp Có thể xây dựng bằng gạch

Giá thành bảo dưỡng sữa chữa thấp

Tổn thất áp suất nhỏ, làm việc ở nhiệt độ và áp suất khác nhau

Khó dọn vệ sinh khi bụi bám trên các tầng.Đôi khi người ta phải dùng biện pháp phun nước áp lực mạnh để tẩy rửa

Chỉ đạt hiệu quả cao với hạt bụi có kích thước >30 μm Hiệu suất lọc thường từ 50 ÷55 %

GVHD: Trần Tiến Khôi

SVTH: Phan Đình Khánh Trâm

10

2.1.1.2 Cyclon

Nguyên lý: không khí mang bụi vào thiết bị theo ống dẫn được lắp theo phương

tiếp tuyến với thân hình trụ của xiclon,không khí sẽ chuyển động xoắn ốc bên trong thân hình trụ của xiclon, khi chạm vào ống đáy hình phiễu dòng khí bị dội ngược trở lên nhưng vẫn giữ được chuyển động xoắn ốc và thoát ra ngoài ống thải Các hạt bụi chịu tác dụng bởi lực ly tâm sẽ chuyển động về phía thành ống của thân hình trụ,rồi chạm vào đó  mất động năng rơi xuống đáy phễu

Hình 2.2: Sơ đồ nguyên lý của thiết bị cyclone

Không có chi tiết chuyển động,vận hành dễ dàng

Có thể làm việc ở nhiệt độ cao tới 500℃ và áp suất cao

Trở lực hầu như cố định và không lớn

Có thể kết hợp thành tổ hợp xiclon chùm làm việc hiệu quả hơn

Nhược điểm: Hiệu suất thấp đối với những hạt có kích thước d≤5 𝜇𝑚

Tổn thất áp suất trong thiết bị tương đối cao Không thể thu hồi bụi kết dính

2.1.1.3 Hệ thống lọc túi vải

Nguyên lý: không khí chứa bụi được dẫn vào thiết bị lọc bụi,tại đây bụi tiếp xúc

với các túi vải được thiết kế trong thùng lọc, bụi được tách ra khỏi không khí và dính

vào bề mặt túi vải, không khí sau đó qua các lỗ thông khí của vải thoát lên trên và theo đường ống ra ngoài Sau một thời gian,túi vải sẽ bị các hạt bụi bích kính làm giảm công suất lọc bụi  làm sạch túi vải bằng phương pháp rũ , có thể dùng khí nén, hoặc

rũ túi bằng phương pháp đổi ngược chiều dòng khí

Thiết bị lọc bụi túi vải thường đặt phía sau thiết bị lọc bụi cơ học để giữ lại những hạt bụi nhỏ mà quá trình lọc cơ học không giữ lại được Khi các hạt bụi thô hoàn toàn

đã được tách ra thì lượng bụi giữ trong túi sẽ giảm đi Một vài ứng dụng của túi lọc là trong các nhà máy xi măng, lò đốt, lò luyện thép và máy nghiền ngũ cốc

Hình 2.3: Hệ thống lọc tay áo

Bụi thu được ở dạng khô, chi phí vận hành thấp

Có thể thu hồi bụi dễ cháy

Cần diện tích bề mặt lớn Cần có công đoạn hoàn nguyên vải lọc Vải lọc dễ bị hư hại nếu nhiệt độ cao(tmax=150℃),độ ăn mòn cao

2.1.2 Phương pháp lọc bụi ướt (tháp phun, tháp đệm,venture, )

Nguyên tắc: cho dòng khí chứa bụi tiếp xúc trực tiếp với dung môi (thường là

nước), bụi được giữ lại và thải ra ngoài dưới dạng cặn bùn Quá trình tiếp xúc có thể ở dạng hạt (khi nước phun thành các hạt nước có kích thước nhỏ và mật độ cao), dạng bề

Ống gom khí sạch

Bộ phận giũ bụi

Phễu chứa bụi Ống tay áo

Bụi Khí bụi

Khí sạch

mặt khi có sử dụng lớp đệm(tháp đệm), dạng bọt khí khi sử dụng tháp sủi bọt/tháp mâm

Có thể xử lý đồng thời cả khí và bụi

Có thể làm việc với khí có nhiệt độ,độ ẩm cao, lọc được khí độc

Nhược điểm: Bụi thu được dưới dạng cặnphải xử lý nước thải

Khí thoát ra mang theo hơi nước gây hen rỉ đường ống

Khí chứa các chất ăn mòn  phải bảo vệ thiết bị

2.1.3 Thiết bị lọc bụi tĩnh điện

Không khí chứa bụi được dẫn qua một một phận phân phối đi vào ống hoặc mương Dọc theo trục/mương đó có lắp các điện cực nối với cực âm của nguồn điện một chiều điện thế cao Dưới tác dụng của điện trường các hạt bụi sẽ bị ion hoá và mang điện tích âm và bị hút vào thành ống Hiệu quả lọc bụi phụ thuộc vào kích thước hạt,cường độ dòng điện và thời gian bụi nằm trong thiết bị

Hình 2.4 Tháp sủi bọt

1- Khí vào; 2- Khí sạch thoát ra; 3- Chất

lỏng đưa vào hệ thống phun; 4- Xả bụi; 5-

Hình 2.6: Thiết bị lọc bụi bằng điện 2 vùng

Có thể làm việc ở nhiệt độ cao,áp suất cao hoặc chân không

Điều kiện tự động hoá cao,thu hồi bụi kích thước nhỏ (0,1 𝜇𝑚)

Nhược điểm: Dễ cháy nổ, vận hành phức tạp, giá thành cao

Độ nhạy cao,khi thay đổi thông số làm việc thì hiệu suất thay đổi Không thích hợp cho xử lý khí dễ cháy nổ

Gía thành cao, tiêu tốn một lượng điện lớn

2.2 Các phương pháp xử lý khí

2.2.1 Phương pháp hấp thụ

Nguyên lý: Khí thải tiếp xúc với chất lỏng, khi đó các cấu tử này được hoà tan

trong chất lỏng hoặc biến đổi thành các thành phần khác ít độc hơn Hiệu quả của phương pháp này phụ thuộc vào diện tích tiếp xúc giữa pha khí và lỏng, thời gian tiếp xúc, nồng độ môi trường hấp thụ và tốc độ phản ứng giữa chất hấp thụ và khí

Hấp thụ được chia làm 2 loại là:

+ Hấp thụ vật lý: dựa trên sự hòa tan của cấu tử pha khí trong pha lỏng (tương tác vật lý)

Hình 2.7: Thiết bị lọc bụi tĩnh điện dạng

ống

1- Điện cực lắng; 2- Điện cực quầng sáng; 3- Khung; 4- Bộ phận giũ bụi; 5- Cách điện

Quá trình hấp thụ diễn ra qua 3 giai đoạn:

 Giai đoạn 1: Phân tử chất ô nhiễm thể khí trong khối khí thải khuếch tán đến bề mặt phân giới giữa hai pha lỏng-khí

 Giai đoạn 2: Phân tử chất ô nhiễm hòa tan xuyên qua mặt phân giới giữa hai pha đến pha lỏng

 Giai đoạn 3: Phân tử chất ô nhiễm khuếch tán vào sâu trong lòng khối chất lỏng, tạo “khoảng trống” cho các phân tử khí tiếp xúc hấp thụ vào pha lỏng

Hiện nay có các thiết bị dùng trong phương pháp hấp thụ như: tháp đệm, tháp đĩa, tháp phun, thiết bị rửa khí

Áp dụng: Thu hồi cấu tử quý,làm sạch khí,tách hỗn hợp thành cấu tử riêng,

 Tháp đệm

Cấu tạo:Tháp đệm là thiết bị hấp thụ dùng lớp vật liệu đệm làm tăng khả năng tiếp xúc với dòng khí Dung dịch hấp thụ được tưới đều trên bề mặt lớp đệm là các vòng rachig, vòng sứ,… thiết bị còn có tên gọi là Scrubber

Nguyên lý : Dòng khí đi từ phần dưới thiết bị và chuyển động ngược chiều với dung dịch hấp thụ, các phần khác tương tự tháp đĩa

Hình 2.8: Tháp đệm

Ưu điểm: Có bề mặt tiếp xúc pha lớn, hiệu suất cao

Cấu tạo đơn giản

Trở lực trong tháp không lớn lắm

Giới hạn làm việc tương đối rộng

Nhược điểm: Khó làm ướt đều đệm

Nếu tháp quá cao thì chất lỏng không phân bố đều

Kém ổn định do sự phân bố các pha theo tiết diện tháp không đều

Tháp đệm khó chế tạo được kích thước lớn ở quy mô công nghiệp

Thể tích điền đầy chất lỏng phun bằng vòi thấp hệ số thể tích và

hệ số truyền khối không lớn

Tốc độ của dòng khí ≤ 1m/s để tránh hiện tượng chất lỏng bị kéo theo dòng khí

Thiết bị hấp thụ rỗng không thích hợp khi mật độ tưới thấp, tiêu hao năng lượng để phun chất lỏng tương đối cao, từ 0,3 đến 1 kWh/m3

2.2.2 Phương pháp hấp phụ

Nguyên lý: dựa trên sự phân ly khí bởi ái lực của một số chất rắn đối với một số

loại khí có mặt trong hỗn hợp khí, trong quá trình đó các phân tử chất khí ô nhiễm trong khí thải bị giữ lại trên bề mặt của vật liệu rắn Vật liệu rắn này được gọi là chất hấp phụ

Hấp phụ được chia ra 2 loại bao gồm hấp phụ vật lý và hấp phụ hóa học Hấp

phụ vật lý là loại hấp phụ gây ra do sự tương tác yếu giữa các phân tử, lực tương tác là

lực VanderWaals, khi hấp phụ sẽ hình thành nhiều lớp các phân tử chất bị hấp phụ trên

bề mặt chất hấp phụ Hấp phụ hóa học gây ra do tương tác hóa học mạnh hình thành

liên kết hóa học giữa bề mặt chất hấp phụ và các phần tử bị hấp phụ

Áp dụng: trong quá trình khử ẩm,loại bỏ các chất gây mùi,hơi dung môi Chất

khí ô nhiễm không cháy được hoặc khó đốt cháy Chất khí cần khử có giá trị và cần thu hồi hay các phương pháp khác không thể áp dụng được

Các chất loại vật liệu hấp phụ: than hoạt tính, silicagen,alumogen,zeolite,

 Thiêu đốt có xúc tác ( áp dụng khi khí phải đốt có nhiệt độ thấp,sạch và có nồng

độ gần vơi giới hạn bắt lửa)

2.3 Đề xuất và thuyết minh công nghệ

 Cơ sở lựa chọn công nghệ

Việc lựa chọn phương pháp tối ưu là một vấn đề hết sức quan trọng trong việc giải quyết ô nhiễm môi trường không khí Làm thế nào vừa giảm được nồng độ bụi,

SO2 xuống mức đạt tiêu chuẩn cho phép, mà lại vừa có hiệu quả kinh tế cao, phù hợp với điều kiện của nhà máy

Phương pháp lựa chọn sẽ dựa trên những nguyên tắc cơ bản sau:

- Thiết bị phù hợp với thành phần, nồng độ và tính chất của bụi và SO2

- Hiệu quả đạt yêu cầu Dễ dàng lắp đặt, thi công

- Đạt yêu cầu về mặt kinh tế trong giai đoạn hiện nay

- Phù hợp với các yêu cầu khách quan khác

- Phạm vi sử dụng hợp lý của thiết xử lý khí thải phụ thuộc nhiều yếu tố như : áp suất, nhiệt độ khí thải, nồng độ ban đầu, điều kiện vận hành

Do đặc điểm, tính chất của bụi và khí SO2 từ lò nung ximang là bụi ở dạng mịn,

có tính kết dính cao, nhiệt độ khói thải đầu ra cũng khá cao Nên ta đề xuất các công nghệ sau đây

Bụi và khí thải lò nung sẽ được thu gom và vận chuyển theo đường ống đến xyclone( thiết bị xử lí sơ bộ) sau đó vào túi vải (lọc bụi tinh) Do nhiệt độ khói thải là 250℃  Chọn vật liệu lọc là vải thuỷ tinh nó bền ở 150-350℃

Sau khi xử lý bụi xong ta cho khí qua tháp giải nhiệt trước khi vào tháp hấp thụ

để giảm bớt nhiệt độ khí và cũng để tăng hiệu quả của quá trình hấp thụ Dung dịch hấp thụ là huyền phù CaCO3(4%) Việc lựa chọn dung môi này là do hiệu quả xử lý đạt được khá cao,quy trình đơn giản Dòng khí sẽ đi từ dưới lên, dung dịch hấp thụ sẽ đi từ trên xuống Sauk hi hấp thụ xong khí thải sẽ theo đường ống ra ống khói và ra ngoài Dung dịch sau khi hấp thụ xong sẽ qua bế lắng  bùn thải

 Công nghệ 2:

Khói thải hệ thống thu gom, vận chuyển lọc bụi tĩnh điện  tháp giải nhiệt tháp đệm ống khói

Ưu điểm: Tiết kiệm diện tích

Hiệu quả xử lý bụi cao

Sau khi phân tích 2 phương án trên ta thấy được:

Công nghệ 1: có ưu điểm là dễ vận hành , lắp đặt cũng như không đòi trình độ chuyên môn cao như phương án 2 Các thiết bị ở phương án 1 có thể chế tạo/ mua trong nước còn thiết bị ở phương án 2 (lọc bụi tĩnh điện) thì hiện nay nước ta chưa có thể chế tạo được, muốn sử dụng phải đặt mua ở các nước khác đồng thời đòi hỏi trình độ chuyên môn cao mới có thể sử dụng ,vận hành thiết bị tốt được và dễ cháy nổ Nhưng ở phương án 2, thiết bị lọc bụi có hiệu quả lọc sạch bụi cao hơn so với cyclone phương

án 1.Ngoài ra, khả năng làm sạch khí SO2 cuả phương án 1 tốt hơn so với phương an1

2 do SÒ2 là khí có khả năng hoà tan trung bình trong nước và hiệu quả xử lý SO2 bằng nước cũng không cao bằng huyền phù CaCO3

Trước những ưu nhược điểm trên cũng như tình hình hiện nay, ta chọn công nghệ 1 để xử lý bụi và khí SO2 từ lò nung xi măng

CHƯƠNG 3:

THIẾT KẾ DÂY CHUYỀN XỬ LÝ BỤI LÒ NUNG XI MĂNG

Qua phân tích ta thấy khói thải lò nung xi măng chứa nhiều bụi mịn (chủ yếu là bụi <5𝜇𝑚)và phần lớn là khí SO2 vượt QCVN 23:2009/BTNMT Đó là cơ sở lý thuyết để lựa chọn thiết bị, dây chuyền xử lý bụi gồm 2 xyclone đơn mắc song song và lọc bụi túi vải Thiết bị xử lý S02 là tháp đệm với dung môi là CaCO3

Sơ đồ công nghệ xử lý khói thải lò nung xi măng 3.1 Xyclone (thiết bị xử lý sơ bộ)

Các thông số tính toán

Tháp đệm Quạt

Chọn vận tốc tối ưu cho xyclone đơn:Vtu= 4.5 m/s(phạm vi Vtu= 1÷ 5 𝑚/𝑠)

Đường kính trong của mỗi xyclone ứng với Vtu= 4,5 m/s là

 Các kích thước chi tiết của xyclone

Dùng phương pháp chọn: dựa vào sách “ Sổ tay quá trình thiết bị và công nghệ hoá chất tập 1, trang 524, bảng III.4 “ Ta tính toán kích thước tỷ đối so với D =0,8 m ứng với xyclone dạng II H – 24 như sau:

Chiều cao ống tâm mặt bích h1= 2.11 x D = 2,11 x 0,8 = 1,688 m

Chiều cao phần bên ngoài ống tâm h4= 0,4 x D =0,4 x 0,8 = 0,32 m

Đường kính ngoài của ống ra d1= 0,6 x D = 0,6 x 0,8 = 0,48 m

Đường kính trong của cửa tháo bụi d2= 0,35 x D = 0,35 x 0,8 = 0,28 m

Chiều dài của ống của vào l= 0,6 x D = 0,6 x 0,8 = 0,48 m

 Hiệu quả lọc theo cấp cỡ hạt

(𝛿) =1 − 𝑒(𝛼𝛿2)

(𝛼𝛿0 2) x 100%

Dựa vào biểu đồ trên, ta có thể tính hiệu suất H% theo trung bình cỡ hạt như sau:

Hiệu quả lọc theo cỡ hạt 9,66 23,525 58,635 89,94 100

Lượng bụi còn lại sau khi

Trong đó: ∆𝑃: tổn thất áp suất của thiết bị xyclone

KE: hằng số đối với xyclone xác định; KE=16 𝑋 𝑎 𝑋 𝑏

𝜌ℎℎ𝑘 (%)

Cv=1000 mg/m3

Gr:năng suất của thiết bị tính theo hệ khí ra

yv:nồng độ bụi trong hệ khí đi vào thiết bị xyclone,% khối lượng

yr:nồng độ bụi trong hệ khí đi ra thiết bị xyclone,% khối lượng

 Lượng hệ khí vào mỗi cyclone