ĐỒ ÁN XỬ LÝ Ô NHIỄM KHÔNG KHÍ BÊN NGOÀI CÔNG TRÌNH

Xác định tải lượng chất ô nhiễm - Tính thiết bị tận dụng khói thải lò nung có t= 820 oC để sấy không khí từ nhiệt độ bên ngoài tới t = 310oC với lưu lượng không khí cần cấp cho lò nung..

Đề số 2/4

Số 2/11: Năng suất phôi: 600.000 tấn/năm.

Yêu cầu:

- Lò điện công suất: 68 tấn/h, tlò = 1750 oC

+ Tiêu hao than cốc: 24 kg/tấn sản phẩm phôi

+ Tiêu hao điện cực grafit: 8,5 kg/tấn sản phẩm

+ Xác định tải lượng chất ô nhiễm

- Lò nung phôi: 55 tấn/h, tlò = 1190 oC

+ Nhiên liệu sử dụng: dầu FO, định mức tiêu hao nhiệt năng 235.000 kcal/tấn phôi Tính lượng dầu đốt Xác định tải lượng chất ô nhiễm

- Tính thiết bị tận dụng khói thải lò nung có t= 820 oC để sấy không khí từ nhiệt độ bên ngoài tới t =

310oC với lưu lượng không khí cần cấp cho lò nung Tính toán thiết kế các thiết bị xử lý khí thải Ống khói có H= 88m, D=2.2m; tkhói = 122oC

Thành phần nhiên liệu được sử dụng:

Nhiên liệu Cp

(%)

Hp (%)

Op (%)

Np (%)

Sp (%)

Ap (%)

Wp (%)

I CHỌN THÔNG SỐ TÍNH TOÁN BÊN TRONG VÀ BÊN NGOÀI CHO PHÂN XƯỞNG VÀO MÙA MƯA.

1.1 Thông số tính toán bên ngoài nhà vào mùa hè

a Nhiệt độ

- Nhiệt độ tính toán ngoài nhà vào mùa hè 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 Bắc Giang có nhiệt độ trung bình tháng cao nhất trong mùa mưa là t M =29,0o C tương ứng với tháng 7.

1.2 Thông số tính toán bên ngoài nhà vào mùa đông

a Nhiệt độ

Nhiệt độ tính toán ngoài nhà vào mùa đông là nhiệt độ trung bình tháng cao nhất (từ tháng 11 đến

tháng 4 năm sau) Theo bảng 2.2 TCVN 02:2009/BXD tại Bắc Giang có nhiệt độ trung bình tháng thấp nhất trong mùa khô là t K =16,2o C tương ứng với tháng 1.

b Độ ẩm

Theo bảng 2.10 TCVN 02:2009/BXD tại Bắc Giang có độ ẩm tương đối của không khí trung bình

tháng ứng với tháng 1 là 78,3%

c Dung ẩm

Với nhiệt độ tính toán bên ngoài là 16,2 oC và độ ẩm là 78,3%, sử dụng biểu đồ I-d ta tra được

giá trị dung ẩm vào mùa hè của không khí bên ngoài d Đ = 9,0 (g/kg)

d Vận tốc gió

Theo bảng 2.15 TCVN 02:2009 / BXD tại Bắc Giang, vận tốc gió trung bình trong mùa đông (tháng 1) là 1,8 (m/s)

Hướng gió chủ đạo là Đông Tần suất gió lớn nhất vào mùa đông (từ tháng 11 đến tháng 4) ứng

với vận tốc gió là 3,7 (m/s) , tần suất trung bình là 35,7%.

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

Bảng 1.1 Bảng thống kê các thông số tính toán.

II.PHÂN TÍCH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT.

Các quá trình hoạt động sản xuất đều tạo ra các chất thải gây ô nhiễm môi trường Với mỗi công đoạn sản xuất khác nhau trong dây chuyền thì lại tạo ra các chất thải khác nhau

Sơ đồ dây chuyền công nghệ cán thép :

Sơ đồ dây chuyền công nghệ luyện thép lò LD :

 Với Công nghệ luyện thép lò LD thì các công đoạn gây ô nhiễm được thể hiện trong bảng sau:

Bảng 2.1: Chất thải phát sinh trong công nghệ cán thép

ST

3 Máy cán thô,cán trung,cán tinh bụi,dầu ,khí thải

 Với dây chuyền công nghệ cán thép , các chất ô nhiễm được phát sinh ra trong các công đoạn :

04 Cán thô , cán trung, cán tinh Bụi , dầu ,khí thải

2.1 Xác định lượng nhiên liệu cần dùng theo định mức của các lò

2.1.1 Lượng nhiên liệu cần dùng cho lò điện ( 1 lò)

Công suất lò 68 tấn/h

Lượng than tiêu hao 24 kg/tấn sản phẩm

Vậy 1h lò điện tiêu hao số lượng than BT= 68 x 24 =1632 (kg/h)

Mặt khác lò điện tiêu hao điện cực grafit 8,5 kg/tấn sản phẩm

Vậy trong 1h lò điện sử dụng hết BG = 8,5 x 68 = 578 (kg/h) điện cực

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

Mendeleev (CT 12.7_Trang 14) tài liệu [1] như sau:

Q=81×C p+246×Hp−26×(O p−S p)−6×Wp , (kcal/kg) Lượng nhiệt toả ra khi đốt cháy 1kg nhiên liệu Bột than là:

QOT = 81× 67,4 +246×1,5 - 26 ×(1,1 -7,1) – 6×6,8 = 5943,6 (kcal/kgNL)Lượng nhiệt khi sử dụng grafit

Q 0 Đ=81×100+246×0−26×(0−0)−6×0=8100 ,00 (kcal/kgNL)

2.1.2 Tính toán lượng dầu cần cấp cho lò nung phôi

Lò nung phôi có công suất 55 tấn/h và sử dụng nguyên liệu là dầu FO với định mức tiêu hao nănglượng là 235.000 kcal/ tấn phôi

Lượng nhiệt toả ra khi đốt cháy 1kg nhiên liệu dầu FO là:

QoDầu = 81 × 71,2 + 246 × 8,1 – 26 × (1,2 – 7,4) – 6 × 1,5= 7912 (kcal/kgNL)

Lượng dầu cần dùng cho lò nung trong 1h là

B D=55×235000

7912 =1633 6 (kg/h)

2.2 Xác định tải lượng chất ô nhiễm và sản phẩm cháy của các nguồn thải

2.2.1 Tính toán SPC cho Lò điện

a Tính toán với nhiên liệu sử dụng là bột than :

Tính toán sản phẩm cháy ở đkqc (t = 25o C, p = 760 mm Hg)

Áp dụng các công thức trong bảng 12.1 & 12.2 _Trang 13-14 Tài liệu [1]

Bảng 2.2 Bảng tính toán lượng sản phẩm cháy, tải lượng khí và lưu lượng khói thải các chất

ô nhiễm trong khói khi đốt cháy than cốc về mùa hè

Mùa hè Mùa đông

1 Lượng không khí khô lý thuyết:

b Tính toán đối với nguyên liệu sử dụng là điện cực Grafit

Bảng 2.3 Bảng tính toán lượng sản phẩm cháy, tải lượng khí và lưu lượng khói thải các chất

ô nhiễm trong khói khi sử dụng điện cực Grafit

Mùa hè Mùa đông

1 Lượng không khí khô lý thuyết

Nồng độ CO2 : CCO2=

MCO2

L H

173,808 g/m 3 179,498

Nồng độ NOx : CNOx=

MNOx

L H

0,049 g/m 3

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

Bảng 2.4: Tổng kết lượng phát thải của lò điện

STT

Đạilượng

tính

Loại nhiênliệu

Tải lượng củachất ô nhiễm (g/

s)

Lưu lượng khói phátsinh vào mùa hè(m3/s)

Lưu lượng khói phátsinh vào mùa đông(m3/s)Lưu

lượng Tổng

Lưulượng Tổng

2.2.2 Tính toán cho lò nung phôi

Bảng 2.5 Bảng tính toán lượng sản phẩm cháy, tải lượng khí và lưu lượng khói thải các chất

ô nhiễm trong khói khi sử dụng dầu FO

T

T

Mùa hè Mùa đông

1 Lượng không khí khô lý thuyết

=V SO2 +V CO +V CO2 +V N2 +V O2 +V H2O

Bảng 2.6: Tổng kết lượng phát thải của lò nung

Loại nhiên liệu: dầu FO

Lưu lượng khói thải ở 25ºC lò điện :

 Mùa hè : L = Lthan +LGrafit = 4,8 + 2,26= 7,06 (m3 /s) = 25416 ( m3/h)

Theo QCVN 51:2013 :

Với lưu lượng khói thải L=20000< 27885,713 m3/h <100000→ kp= 0,9

 Địa điểm xây dựng tại Bắc Giang và thuộc đô thị loại II : k = 0,8

 Dựa vào QCVN 51:2013 đối với các chất khí độc hại , với cơ sở sản xuất loại B1

So sánh với tiêu chuẩn, nếu nồng độ vượt quá tiêu chuẩn thì bắt buộc phải xử lí trước khi thải ramôi trường xung quanh và ngược lại, nếu thấp hơn hoặc bằng thì không cần phải xử lí

Xem xét trong cả hai mùa và lập thành bảng sau:

Bảng 2.7: Bảng so sánh nồng độ chất ô nhiễm với tiêu chuẩn phát thải chất ô nhiễm QCVN 51-2013 về mùa hè của lò điện

Với lưu lượng khói thải 20000< L= 23328 m3/h <100000→ kp= 0,9

Địa điểm xây dựng tại Hà Nội và thuộc đô thị loại đặc biệt : k = 0,8

Dựa vào QCVN 19:2009 đối với các chất khí độc hại , với cơ sở sản xuất loại A3 So sánh với tiêu chuẩn, nếu nồng độ vượt quá tiêu chuẩn thì bắt buộc phải xử lí trước khi thải ra môi trường xung quanh và ngược lại, nếu thấp hơn hoặc bằng thì không cần phải xử lí Xem xét trong cả hai mùa và lập thành bảng sau:

Bảng 2 8: Bảng so sánh nồng độ chất ô nhiễm với tiêu chuẩn phát thải chất ô nhiễm QCVN 51-2013 về mùa hè của lò nung phôi

2.4 Kiểm tra chiều cao ống khói lò nung

Theo giáo trình “Công nghệ lò hơi và mạng nhiệt” của tác giả PGS.TS Phạm Lê Dần và PTS.Nguyễn Công Hân_Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật,Hà Nội 1999 thì thiều cao tối thiểu

của ống khói được xác định theo công thức sau:

 A: Hệ số tính đến nhiệt độ không khí nơi đặt thiết bị

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

x ,NO x 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:

 Nhiệt độ khói thải từ lò nung t k1 = 122o C.

 Theo tính toán thì ta có tải lượng các chất SOx , NOx và bụi như sau:

 V kt : Lưu lượng khói thải Theo tính toán thì ở điều kiện quy chuẩn (25oC;760 mmHg) thìlưu lượng khí thải :

3/s)

V kt N=L× 273+t kt

273+25=6 , 48×

273+122273+25 =8,6 (m 3 /s)

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

(0 , 67+0,1×f

1 2+0 ,34×f

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

 H gt : Chiều cao ống khói giả thiết, H gt = 88 (m)

 w o : Tốc độ khói thải,

w o= V kt π×D o2

4 Như vậy, các hệ số m; f và chiều cao ống khói H được tính toán thông qua bảng sau:

Nhận xét: Chiều cao tối thiểu của ống khói theo tính toán là 83,87 (m) như vậy với chiều cao giả

thiết là 88 (m) hoàn toàn đảm bảo.

III TÍNH TOÁN CÁC THIẾT BỊ XỬ LÝ

Dây chuyền xử lý:

3.1 Thiết bị xử lý CO

Phương pháp xử lý CO thường được sử dụng là thiêu đốt có buồng đốt Vì sau khi ra khỏi các lò, hỗn hợp khói thải có nhiệt độ khá cao, cho nên ta tận dụng nhiệt độ đó để phục vụ cho thiêu đốt

xử lý CO đầu tiên, giúp giảm bớt lượng nhiên liệu sử dụng

Các thông số khi đốt cháy CO trong buồng đốt như sau:

- Nhiệt độ hỗn hợp khói thải trước khi vào buồng đốt là tk = 820 oC Giả sử do tổn thấtđường ống dẫn khí, nhiệt độ này giảm còn tk = 770oC Chọn nhiệt độ làm việc của buồngđốt là 800 oC.

- Lưu lượng ở điều kiện thực tế là L k =7,06(m 3 /s)= 25416 (m 3 /h)

Phản ứng cháy khi đốt khí CO:

- Q: Lượng nhiệt cần thiết (kcal/h)

- Lk: Lưu lượng khí thải đưa vào buồng đốt (m 3/h) Lk = 25416 (m/h)

- γk: Khối lượng riêng của khí thải đưa vào buồng đốt (Kg/m3)

Xác định lượng nhiên liệu cần thiết: NL

Q

L =

q (m3/h)Trong đó:

- LNL: lượng nhiên liệu (khí gas) cần thiết (m 3/h)

- Q: lượng nhiệt cần thiết (kcal/h) Q = 56728,512 (kcal/h).

- q: năng suất tỏa nhiệt của nhiên liệu (kcal/m3) q = 9000 (kcal/m3)

Thay số ta tính được: LNL = 6,3(m3/h)

Tính toán lưu lượng thể tích hỗn hợp khí (khí thải + khí gas) được đưa vào buồng đốt

Lhh = Lk + LNL + Lkk (m3/h)Trong đó:

- Lk: Lưu lượng khí thải đưa vào buồng đốt (m 3/h)

- LNL: Lượng nhiên liệu (khí gas) cần thiết (m 3/h)

- Lkk: lưu lượng không khí đưa vào buồng đốt (m 3/h), Lkk = 11.5LNL= 11,5 ×6,3 (m3/h)

Lhh = 25494,8 (m3/h)

Quy đổi lượng thể tích lưu lượng hỗn hợp khí ở điều kiện ban đầu sang điều kiện bên trong buồng đốt: Lt = Lhh ×

đ k

273 + t

273 + t (m3/h)Trong đó:

- Lt: Lưu lượng thực tế của hỗn hợp khí ở điều kiện làm việc của buồng đốt (m 3/h)

- Lhh: Lưu lượng thể tích hỗn hợp khí đưa vào buồng đốt Lhh = 25494,8 (m 3/h)

- tđ , tk: Nhiệt độ làm việc của buồng đốt và nhiệt độ khí vào buồng đốt.

tđ = 800 oC , tk = 770oC

Thay số: Lt = 25494,8 × 273+800273+770 = 26228,09 (m3/h) = 7,3 (m3/s)

Tính toán kích thước của buồng đốt:

 Chiều dài của buồng đốt: l = v × τ (m)

Trong đó:

- v: Vận tốc của khí trong buồng đốt (m/s) v = 5-8 (m/s) Giả thiết v = 6 (m/s).

- τ: Thời gian lưu của khí thải trong buồng đốt (s) τ = 0.2-0.5 (s) Giả thiết τ = 0.5(s)

Thay số ta tính được l = 3 (m)

Đường kính buồng đốt: D =

4 × F

π (m)Trong đó:

- F: Diện tích mặt cắt ngang của buồng đốt F = L t

v = 7,36 = 1,21(m2)Thay số ta tính được D =1,3 (m)

Kiểm tra kích thước buồng đốt: ta có D l = 1.213 ≈ 2,3 2;3   Thỏa mãn yêu cầu

3.2 Thiết bị trao đổi nhiệt

3.2.1 Điều kiện đã biết

- Lượng khói lò nung phôi Lk = 6,475 x 3600 = 23310 (N.m3 /h)

- Nhiệt độ khí lò ra khỏi thiết bị tk’ =310oC

- Độ chênh lệch nhiệt độ ∆t= 310-29= 281 oC

Chọn vật liệu làm ống của thiết bị là thép chịu nhiệt đảm bảo tính bền ở nhiệt độ 800-900 oCKhông khí vào thiết bị có nhiệt độ bằng nhiệt độ môi trường (mùa hè = 29,0 oC), ta có nhiệt dung trung bình của oxy là Ckk = 1,33 kJ/m3.độ

3.2.2 Tính nhiệt và xác định kích thước của thiết bị :

 Lượng khí lò lọt qua khe hở là a=250 Nm3/h

- Giả thiết khói lò chuyển động trong ống còn không khí bao ngoài ống, chọn ống có đường

kính 200/207 mm ( đường kính trong d= 200 mm, đường kính ngoài dn = 207mm ) và chiều dày tường ống δ= dn – d = 207-200= 7 mm

- Bề mặt tiết diện mỗi ống: fk = 0,785×d 2 = 0,785 x 0,22 =0.0314 m2

- Số ống dẫn khí lò cần thiết :

N2 = F f k

k = 0.03146,41 = 204 ( ống )

- Bước các ống được chọn S1 = S2 = 1,5d =1,5x200=300 mm

+ Xác định hệ số truyền nhiệt trong thiết bị :

- Nhiệt độ của không khí trung bình trong thiết bị :

- Theo biểu đồ hình 7.18 xác định được α = 43 và các hệ số hiệu chỉnh:

- Theo công thức 7-18 xác định được :

α kk= 1,163 α đbCj2C3C Φ = 1,163 × 43 × 0,98 × 1,00 × 0,98 = 48 (W/m2 độ)

- Hệ số nhớt động học: ν k = 153,6.10-6 m2/s

 Tiêu chuẩn Re = w k v∗d

k = 3.1∗0,2153,6∗10−6 =4036

- Vì chế độ chuyển động của dòng không khí ở trạng thái trung gian nên trị số α k dl

được xác địnhtheo biểu đồ hình 5.2

Khi tốc độ khí lò Wk =3,1 m/s và t k= 565 0C thì α k dl = 25,8.Kr (W/m2.độ)

Trong đó Kr = 1,03 theo biểu đồ hình 5.2 vì vậy α k dl = 25,8 x 1,03 = 26,6 W/m2.độ

+ Xác định hệ số truyền nhiệt bức xạ của khí lò:

- Hệ số truyền nhiệt bức xạ của khí lò: α k bx = 8,43 W/m2.độ

- Hệ số truyền nhiệt của khí lò:

- Để thiết kế được thiết bị hợp lý trong quá trình lắp đặt, thi công và lợi ích về kinh tế ta cần

điều chỉnh chiều dài ống xuống 5m , vậy khi đó số ống sẽ tăng lên như sau :

n = F

L× π ´d = 5× 3.14 ×0.203430,3 =135 ốngVậy lấy N= 140 ống

- Vậy bố trí thiết bị có cấu tạo như sau:

dọc 14 ống ( theo chiều dài ), ngang 10 ống( theo chiều rộng )

- Kích thước của thiết bị tính theo tiết diện ngang :

 Chiều cao : 0.3x11+0.2x12+0.4x2 = 6,5 m ( 0.4 m : là khoảng dư 2 bên)

 Chiều rộng : 0.3x 4 +0.2 x 5 +0.4 x2 = 5,5 m

 Chiều dài: 5 + 1.5 x 2 = 8 m

a Kiểm tra nhiệt độ thành ống

- Nhiệt độ cao nhất của thành ống được tính , biết :

α kk=¿ 48 W/m2.độ, α k=¿35,03 W/m2.độ

Tỷ số

4835,03

- Nhiệt độ cực đại của tường tT = 539,5 0C nằm trong giới hạn cho phép của thiết bị đã chọn

b.Trở lực thiết bị trên đường ống dẫn khí lò

- Với ống kim loại nhám có A = 0,129; n = 0,12 λ = 0.048

Với đường dẫn khí lò có L = 5 m, d = 0,2 m, t k= 5650C , γ k = 0.62 kg/Nm3, wok = 3,1 m/s Vậy:

 Xác định trở lực cục bộ ở hộp nối (không khí đổi chiều 1800C)

- Chấp nhận tốc độ không khí tại chỗ hộp nối wokk = 6 m/s và hệ số trợ lực khi đổi chiều 90 0trong hộp nối ξ =1 Ở thiết bị có 3 hộp nối đổi chiều 1800, vì vậy hệ số trở lực tổng của 3 hộpnối:

 Xác định trở lực tại hộp dẫn không khí ra khỏi thiết bị (loe đều đặn):

- Tốc độ không khí trong ống dẫn tại điều kiện chuẩn wokk = 10 m/s.

- Tỷ số tiết diện đoạn ống:

 Tổng trở lực trên đường ống dẫn khí của thiết bị :

H = 1878,66 + 226,91 +14.31 + 13,8 = 2133,69 N/m2 = 213,369 kG/m2

3.3 Tính toán thiết bị lọc bụi (lò điện)

3.3.1 Tính toán lọc bụi cấp 1.

a) Thiết bị xử lý bụi bằng Xyclon tổ hợp

Xyclon tổ hợp là loại thiết bị lọc bụi bao gồm nhiều xiclon thành phần và được đặt trong một vỏriêng.Mỗi xiclon thành phần có đường kính quy ước từ 100-250mm như sau: 100; 150; 200;250mm có thể tách được bụi cỡ hạt tới 10μm loại nhỏ có thể lọc tới đường kính 4-5μmm loại nhỏ có thể lọc tới đường kính 4-5μm loại nhỏ có thể lọc tới đường kính 4-5μmm

Các thông số tính toán ban đầu

- Nhiệt độ khói vào thiết bị tK = 122 0C ( giả thiết tổn thất nhiệt độ từ ống khói đến thiết bị xiclon là 300C => nhiệt độ vào xiclon tk= 122+ 30=152oC )

- Lưu lượng khói thải ở nhiệt độ thực tế tK = 122oC

Lk=9,267 m3/s =33361,2 m3/h

- Áp suất trong xyclon bằng áp suất khí quyển 760 mmHg

- Hàm lượng bụi trong khói thải là: Cbụi = 3998 mg/m3

- Hàm lượng bụi theo QCVN là C bụi QCVN= 72 mg/m3

Tính toán

Chọn xyclon con bằng gang đường kính quy ước Dqư= 250mm với cánh hướng dòng loại chân

vịt α = 250 theo bảng 7.9 sách giáo trình ô nhiễm không khí và khí thải tập 2 của GS Trần NgọcChấn Kích thước của mỗi xyclon con lấy theo bảng 7.8 như sau:

Bảng 3.1 Kích thước của xyclon con

vịt 250 Thép 120 375 520 1020 315 275 230 259 133

×

- Theo đó lưu lượng của một xyclon con: Lqư = 630 ÷ 735 (m 3/h) Chọn Lqư = 700 (m3/h)

 Số lượng xyclon con:

N = L L

qư = 33361,270 0 = 47,65 (chiếc); chọn 48 chiếc

- Tổ hợp 50 xyclon con thành 6 dãy, mỗi dãy 8 chiếc Lúc đó kích thước mỗi cạnh tiết diện

ngang hình chữ nhật của xyclon tổ hợp tra theo bảng 7.10 sách giáo trình ô nhiễm khôngkhí và khí thải tập 2 của GS Trần Ngọc Chấn Ta có bảng: