Đồ án Xử lý ô nhiễm không khí

Mục lục CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN3 1. Ô nhiễm không khí do bụi 3 1.1. Định nghĩa bụi 3 1.2. Phân loại bụi 3 1.3. Tính chất hóa lí của bụi 4 1.3.1. Tính tán xạ 4 1.3.2. Tính bám dính 4 1.3.3. Tính mài mòn 5 1.3.4. Tính thấm 5 1.3.5. Tính hút ẩm và tính hòa tan 5 1.3.6. Tính mang điện 6 1.3.7. Tính cháy nổ 6 1.4. Ảnh hưởng của ô nhiễm bụi 6 1.4.1. Ảnh hưởng đến con người 6 1.4.2. Ảnh hưởng đến thực vật 7 2. Các phương pháp xử lí bụi 7 2.1. Phương pháp xử lí bụi khô 7 2.1.1. Buồng lắng bụi 7 2.1.2. Cyclon 8 2.1.3. Hệ thống lọc túi vải 9 2.1.4. Thiết bị lắng quán tính 10 2.2. Phương pháp lọc bụi ướt 11 2.3. Phương pháp lọc bụi bằng tĩnh điện 12 3. Tổng quan bụi xi măng 14 3.1. Công nghệ sản xuất xi măng 14 3.1.1. Xi măng lò đứng 15 3.1.2. Xi măng lò quay 15 3.2. Các nguồn phát sinh bụi xi măng 19 3.3.Đề xuất quy trình công nghệ xử lí bụi 20 3.3.1. Cơ sở lựa chọn 20 3.3.2. Quy trình công nghệ 20 CHƯƠNG 2: QUY HOẠCH MẶT BẰNG 22 1.Tổng quát 22 2. Quy hoạch mặt bằng 22 2.1. Nguồn nguyên liệu 22 2.2. Vị trí đặt các phân xưởng 22 2.3. Hệ thống giao thông 23 2.4. Mạng lưới điện quốc gia 23 CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG THIẾT BỊ 25 1. Thiết bị lắng quán tính 25 1.1. Nguyên lí làm việc 25 1.2. Vật liệu cản của thiết bị 25 2. Tính toán thiết bị 26 2.1. Hiệu suất thiết bị 26 2.2. Khối lượng bụi thu được 28 2.3. Tính toán thiết bị 30 2.4. Tính quạt vào thiết bị 32 2.6. Tính quạt ra thiết bị 37 3. Tính cơ khí thiết bị 40 CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG VÀ VẬN HÀNH 43 Ứng dụng 43 Tính kinhtế 43 Một số điểm cần chú ý khi vận hành thiết bị 44 Vận hành 45 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 47 Kết luận 47 Kiến nghị 47 Tài liệu tham khảo 48 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN Ô nhiễm không khí do bụi Định nghĩa bụi Bụi là tập hợp nhiều hạt có kích thước bé, tồn tại lâu trong không khí dưới dạnh bụi bay, bụi lắng và các hệ khí dung nhiều pha gồm hơi, khói, sương mù. Bụi bay có kích thước từ 0,002-10bao gồm tro, muội, khói và những hạt rắn được nghiền nhỏ, chuyển động theo kiểu Brownian hoặc rơi xuống đất với vận tốc không đổi theo định luật stoke. Về mặt sinh học, bụi này thường gây tổn thương nặng cho cơ quan hô hấp, nhất là khi phổi nhiễm bụi thạch anh (siliccose) do hít phải không khí có chứa bụi bioxit silic lâu ngày. Bụi lắng có kích thước lớn hơn 10, thường rơi nhanh xuống đất theo định luật Newton với tốc độ tăng dần. Về mặt sinh học, bụi này thường gây tổn hại cho da, mắt, gây nhiễm trung, gây dị ứng. Phân loại bụi theo nguồn gốc + Bụi tự nhiên (bụi do động đất, núi lửa…) + Bụi thực vật (bụi gỗ, bông, bụi phấn hoa…) + Bụi động vật, người (trên lông, tóc…) + Bụi nhân tạo (nhựa hóa học, cao su…) + Bụi kim loại (sắt, đồng, chì…) + Bụi hỗn hợp (do mài, đúc…) Phân loại bụi theo tác hại Theo tác hại bụi có thể phân ra: + Bụi nhiễm độc chung (chì, thủy ngân, benzen) + Bụi gây dị ứng viêm mũi, hen, nỗi ban…(bụi bông, gai, phân hóa học, một số tinh dầu gỗ…) + Bụi gây ung thư (bụi quặng, crom, các chất phóng xạ…) + Bụi xơ hóa phổi (thạch anh, quặng amiang…) Tính chất hóa lí của bụi Tính tán xạ Kích thước hạt: là thông số cơ bản của bụi, vì chọn thiết bị lọc chủ yếu dựa vào thành phần tán xạ của bụi. Thành phần tán xạ: là hàm lượng tính bằng số lượng hay khối lượng các hạt thuộc nhóm kích thước khác nhau. Nhóm kích thước (nhóm cỡ hạt hay nhóm hạt): là phần tương đối của các hạt có kích thước nằm trong khoảng trị số xác định được coi như giới hạn dưới và giới hạn trên. Kích thước hạt có thể được đặc trưng bằng vận tốc treo (vt, m/s) là vận tốc rơi tự do của hạt trong không khí. Tính bám dính Tính bám dính của hạt xác định xu hướng kết dính của chúng. Độ kết dính của hạt tăng có thể làm cho thiết bị lọc bị nghẽn do sản phẩm lọc. Kích thước hạt càng nhỏ thì chúng càng dễ bám dính vào bề mặt thiết bị. Bụi có 60 - 70% hạt có đường kính nhỏ hơn 10 được coi là bụi kết dính. Bảng 1.1. Phân loại theo độ bám dính Đặc trưng kết dính của bụi Tên gọi Không kết dính Bụi xỉ khô, bụi thạch anh ( cát khô), bụi sét khô Kết dính yếu Tro bay chứa nhiều sản phẩm chưa cháy, bụi than cốc, bụi magezit (MgCO3) khô, tro phiến thạch, bụi apatit khô, bụi lò cao, bụi đỉnh lò. Kết dính vừa Tro bay chết hết, tro than bùn, bụi than bùn, bụi magezit ẩm, bụi kim loại, bụi pirit, các oxit của chì, kẽm và thiếc, bụi xi măng khô, mồ hóng, sữa khô, bụi tinh bột, mạt cưa. Kết dính mạnh Bụi xi măng thoát ra từ không khí ẩm, bụi thạch cao và thạch cao mịn, phân bón, supperphotphat kép, bụi clinke, natri chứa muối, bụi sợi, tất cả các loại bụi có kích thước nhỏ hơn 10. Tính mài mòn Tính mài mòn của bụi đặc trưng cho cường độ mài mòn kim loại ở vận tốc như nhau của khí và nồng độ như nhau của bụi. Nó phụ thuộc vào độ cứng, hình dạng, kích thước và mật độ của hạt. Tính mài mòn của bụi được tính đến khi chọn vận tốc của khí, chiều dày của thiết bị và đường ống dẫn khí cũng như chọn vật liệu ốp của thiết bị. Tính thấm Tính thấm nước có ảnh hưởng nhất định đến hiệu quả của thiết bị lọc bụi kiêu 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 chúng không bị nhúng chìm hay bao phủ 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 nhúng chìm trước đó, chúng có thể bị đẩy trở lại dòng khí, do đó hiệu quả lọc thấp. Các hạt phẵng dễ thấm hơn so với các hạt có bề mặt không đều. Sở dĩ như vậy là do 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 hòa tan Các tính chất này của bụi được xác định trước hết bởi thành phần hóa học của chúng cũng như kích thước, hình dạng và độ nhám của bề mặt. Nhờ tính hút ẩm và tính hòa tan mà bụi có thể được lọc trong các thiết bị lọc kiểu ướt. Tính mang điện Tính mang điện của bụi ảnh hưởng đến trạng thái của bụi trong đường ống và hiệu suất của bụi (đối với thiết bị lọc bằng điện, thiết bị lọc kiểu ướt…). Ngoài ra tính mang điện còn ảnh hưởng đến an toàn cháy nổ và tính dính bám của bụi. Tính cháy nổ Bụi cháy được do bề mặt tiếp xúc với oxy trong không khí, có khả năng tự bốc cháy và tạo thành hỗn hợp nổ với không khí. Cường độ nổ của bụi phụ thuộc vào tính chất hóa học, tính chất nhiệt của bụi, kích thước và hình dạng của các hạt, nồng độ của chúng trong không khí, độ ẩm và thành phần của khí, kích thước và nhiệt độ nguồn cháy. Ảnh hưởng của ô nhiễm bụi Ảnh hưởng đến con người Bụi vào phổi gây kích thích cơ học và phát sinh phản ứng cơ hóa phổi gây nên những bệnh hô hấp.Những hạt bụi có kích thước nhỏ hơn 10 có thể được giữ lại trong phổi. Tuy nhiên nếu những hạt bụi này có đường kích nhỏ hơn 1thì nó được chuyển đi như các khí trong hệ thống hô hấp. Khi có tác động củacuar các hạt bụi tới mô phổi,đa số xảy ra các hư hại sau đây: Viêm phổi: làm tắc nghẽn các phế quản,từ đó làm giảm khả năng phân phối khí. Khí thủng phổi: phá hoại các túi phổi từ đó làm giảm khả năng trao đổi khí oxy và CO2. Ung thư phổi: phá hoại các mô phổi, làm tắc nghẽn sự trao đổi giữa máu và tế bào,làm ảnh hưởng khả năng của máu trong hệ thống tuần hoàn. Từ đó kéo theo một số vấn đề đáng lưu ý ở tim, đặc biệt là lớp khí ô nhiễm có nồng độ cao. Các bệnh khác do bệnh gây ra Bệnh ở đường hô hấp: tùy theo nguồn gốc các loại bùi mà gây ra các bệnh viêm mũi, họng, khí, phế quản khác nhau. Bụi hữu cơ như bông sợi, gai, làm dính vào niêm mạc gây viêm phù thủng, tiết nhiều niêm dịch. Bụi vô cơ rắn, cạnh sắc nhọn, ban đầu thường gây viêm mũi, tiết nhiều niêm dịch làm hít thở khó khăn, lâu ngày có thể teo mũi, giảm chức năng giữ, lọc bụi, làm bệnh phổi nhiễm bụi dễ phát sinh. Bệnh gây ngoài da: bụi tác động đến các tuyến nhờn làm cho khô da, phát sinh các bệnh về da. Bệnh gây tổn thương mắt: do không có kính phòng hộ, bụi bắn vào mắt gây kích thích màng tiếp hợp, viêm mi mắt, sinh ra mộng mắt, nhài mắt… ngoài ra bụi còn có thể làm giảm thị lực, bỏng giác mạc, thậm chí gây mù mắt. Bệnh tiêu hóa: bụi đường, bột có thể làm sâu răng, làm hỏng men răng. Bụi kim loại có thể làm tổn thương niêm mạc dạ dày, gây rới loạn tiêu hóa. Ảnh hưởng đến thực vật Nhìn chung, bụi không có nguy hại gì đến thực vật trừ khi chúng có tính ăn mòn cao hoặc chúng lắng đọng quá nhiều. Bụi bám quá nhiều trên vỏ hoa quả, cây củ là nguyên nhân làm giảm chất lượng của các loại sản phẩm này, đồng thời cũng làm tăng chi phí để làm sạch chúng. Bụi lắng trên lá còn ảnh hưởng đến khả năng quang hợp của cây. Bụi xi măng lắng đọng làm lấp đầy những lỗ khí khổng,bao xung quanh những hạt diệp lục thu ánh sang cần cho quá trình quang hợp. Bụi cũng có thể làm tăng khả năng nhiễm bệnh của cây cối thông qua việc làm giăm sức sống của cây, có thể làm cản trở khả năng thụ phấn của cây. Các phương pháp xử lí bụi Phương pháp xử lí bụi khô Phương pháp lọc bụi khô thường dung để thu hồi các loại bụi có thể tận dụng lại hoặc tái chế. Buồng lắng bụi Cấu tạo của buồng lắng rất đơn giản – đó là một không gian hình hộp có tiết diện ngang lớn hơn nhiều lần so với tiết diên đường ống dẫn khí. Nguyên lí chung của phương pháp này là dựa vào sự thay đổi tốc độ đột ngột của dòng khí làm cho động năng của dòng khí giảm, làm cho năng lượng của hạt bụi giảm và do chúng có khối lượng lớn nên dưới tác dụng của trọng lực trái đất nó sẽ chìm xuống đáy phòng lắng. Buồng lắng bụi được ứng dụng để lắng bụi thô có kích thước hạt từ 60-70 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 1.1. a, buồng lắng bụi kiểu đơn giản nhất b, buồng lắng bụi có vách ngăn c, buồng lắng bụi nhiều tầng Cyclon Thiết bị bao gồm một hình trụ với một đường ống dẫn khí có lẫn bụi vào thiết bị theo đường tiếp tuyến với hình trụ và một đường ống tại trục thiết bị dùng để thoát khí sach ra. Vận tốc của dòng khí đi vào thường nằm trong khoảng 17-25 m/s sẽ tạo ra dòng khí xoáy với lực li tâm rất lớn làm cho các hạt giảm động năng, giảm quán tính khi va đập vào thành thiết bị và lắng xuống phía dưới .Phía dưới lạ một đáy hình nón và một phễu thích hợp để thu bụi và lấy bụi ra. Dòng khí có chứa bụi được sự trợ giúp của quạt, làm cho chúng chuyển động xoáy trong vỏ hình trụ và chuyển động dần xuống tới phần hình nón. Dòng khí chuyển động vượt quá tới phần hình nón, tạo ra một lực li tâm làm cho hạt bụi văng ra khỏi dòng khí, va chạm vào vách cyclone và cuối cùng rơi xuống phễu. Cyclon có thể sử dùng dạng đơn hoặc cyclon dạng chùm tức là bao gồm nhiều cyclone mắc song song với nhau nhằm làm tăng hiệu quả lọc của tập hợp thiết bị. Một vài ứng dụng quan trọng của loại thiết bị này là trong các nhà máy xi măng, công nghiệp sắt thép, nghiền lúa gạo, thực phẩm, nhà máy nhựa đường, lọc dầu. Hình 1.2. Cyclone Hệ thống lọc túi vải Hệ thống này bao gồm những túi vải hoặc túi sợi đan lại, dòng khí có thể lẫn bụi được hút vào trong ống nhờ một lực hút của quạt li tâm. Những túi này được đan lại hoặc chế tạo cho kín một đầu.Hỗn hợp khí bụi đi vào trong túi, kết quả là bụi đươc giữ lại trong túi. Bụi càng bám nhiều vào các sợi vải thì trở lực do túi lọc càng tăng. Túi lọc phải làm sạch theo định kỳ, tránh quá tải cho các quạt hút, làm cho dòng khí có lẫn bụi không thể vào túi lọc. Để làm sạnh túi có thể dùng biện pháp rũ túi để làm sạch bụi ra khỏi túi hoặc có thể dùng các sóng âm truyền trong không khí hoặc rũ túi bằng phương pháp đổi ngược chiều dòng khí, dùng áp lực hoặc ép từ từ. Một vài căn cứ để chọn túi lọc là nhiệt độ nung chảy, tính kháng axit hoặc kháng kiềm, tính chống mài mòn, chống co và năng suất lọc của từng loại vải. Một vài loại sợi thường được dùng bao gồm sợi bông, sợi len, nylon, sợi amiang, sợi silicon, sợi thủy tinh. 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 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 1.3. Thiết bị lọc bụi tay áo Thiết bị lắng quán tính Nguyên lí cơ bản để chế tạo thiết bị lọc bụi kiểu quán tính là làm thay đổi chiều hướng chuyển động của dòng khí một cách liên tục, lặp đi lặp lại bằng những vật cản có hình dáng khác nhau. Khi dòng khí đổi hướng chuyển động thì bụi do có sức quán tính sẽ giữ hướng chuyển động ban đầu của mình và va đập vào các vật cản rồi bị giữ lại ở đó hoặc mất động năng và rơi xuống đáy thiết bị. Một số dạng thiết bị lọc bụi kiểu quán tính: venture, kiểu màn chắn uốn cong, kiểu lá sách, kiểu quán tính kết hợp với buồng lắng bụi, thiết bị lọc tro lò hơi của Ambuco,… Hình 1.4. a, thiết bị lắng “lá sách” b, thiết bị lắng quán tính kiểu “lá sách” hình chóp cụt Phương pháp lọc bụi ướt Nguyên tắc của phương pháp lọc bụi ướt là người ta cho dòng không khí có chứa bụi tiếp xúc trực tiếp với dung môi (thường là nước). Quá trình tiếp xúc có thể ở dang hạt (khi nước được phun thành các hạt nước có kích thước và mật độ cao), dạng bề mặt khi thiết bị có sử dụng lớp đệm (nước chảy trên các bề mặt vật liệu đệm), dạng bọt khí khi sử dụng tháp sủi bọt hay tháp mâm. Các hạt bụi có thể kết dính lại với nhau và bị giữ lại trong dung môi nhờ cơ chế va đạp, tiếp xúc và khuêchs tán còn dòng khí sạch sẽ đi ra khỏi thiết bị. Hình 1.5. Thiết bị rửa khí với lớp đệm chuyển động Phương pháp loc bụi tĩnh điện Thiết bị lọc bụi tĩnh điện sử dụng một hiệu điện thế cưc cao để tách bụi, hơi, sương, khói khỏi dòng khí. Có 4 bước cơ bản để được thực hiên là: - Dòng điện làm các hạt bụi bị ion hóa - Chuyển các ion bụi từ các bề mặt thu bụi bằng lực điện trường. - Trung hòa điện tích của các bụi lắng trên bề mặt thu. - Tách bụi lắng ra khỏi bề mặt thu. Các hạt bụi có thể được tách ra bởi một áp lực hay nhờ rửa sạch. - Thiết bị này có thể thu được những hạt rất nhỏ (1 - 44) với hiệu quả rất cao, có thể đạt tới 99,99%. Khi dòng khí chứa quá nhiều bụi trong nó thì ta đặt ta đặt một thiết bị cơ học phía trước đó,lọc bớt lượng bụi thô trước khi lọc bằng thiết bị tĩnh điện. Axit, chất thải, nhiệt độ cao và vật chất có tính ăn mòn đều có thể làm thể làm hư hại thiết bị. Thiết bị lắng tĩnh điện được ứng dụng trong các trường hợp thu bụi tại khâu tán than đá thanh bột dùng trong nhà máy nhiệt điện, nhà máy luyện thép, nghiền xi măng, sản xuất giấy. Hình 1.6. Thiết bị lọc bụi tĩnh điện Bảng 1.2. So sánh các thiết bị lọc bụi Thiết bị Ưu điểm Nhược điểm Cyclone - Vốn thấp,ít phải bảo trì - Sụt áp nhỏ(5 - 15 mmH2O) - Thu bụi khô - Ít chiếm diện tích - Hiệu suất thấp với bụi nhơ hơn 10. - Không thu được bụi có tính kết dính. Rửa ướt - Không sinh nguồn bụi thứ cấp - Ít chiếm diện tích - Có khả năng giữ được cả khí và bụi - Có thể lọc được bụi kích thước dưới 0,1 - Vốn thấp - Sinh ra cặn bùn,nước thải. - Chi phí bảo trì cao do nước rò rỉ ăn mòn thiết bị. Lọc tĩnh điện - Hiệu suất lọc cao,tiết kiệm năng lượng - Thu hồi được cả bụi khô và bụi ướt - Sụt áp nhỏ - Ít phải bảo trì - Xử lí lưu lượng lớn - Vốn lớn - Nhạy với thay đổi dòng khí - Khó thu bụi với những điện trở khá lớn. - Chiếm diện tích lớn,dễ gây cháy nổ nếu khí chứ khí và bụi cháy được Lọc bụi tay áo - Hiệu suất rất cao - Có thể tuần hoàn khí - Bụi thu được ở dạng khô - Chi phí vận hành thấp,có thể thu bụi dễ cháy -Dễ vận hành - Cần vật liệu riêng ở nhiệt độ cao - Cần công đoạn rũ bụi phức tạp . - Chi phí vận hành cao do vải dễ hỏng - Tuổi thọ giảm trong môi trường axit,kiềm. - Thay thế túi vải phức tạp. Lọc bụi bằng lực quán tính - Tổn thất áp suất rất nhỏ. - Vốn thấp - Thiết bị dễ chế tạo. - Có thể thu được bụi có tính kết dính. - Hiệu quả thấp với những loại bụi có kích thước nhỏ hơn 20µm. - Chiếm diện tích khá nhiều. Tổng quan bụi xi măng Công nghệ sản xuất xi măng Nguyên liệu sản xuất clinker 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 lam hai nhóm. + Xi măng lò đứng + Xi măng lò quay Xi măng lò đứng Phối liệu vào lò được vo thành viên (10 - 20mm) với độ ẩm 12 - 16% cho vào nung trong lò đứng tạo thành clinker. Nhiên lệu than cũng được tạo viên (2 - 5mm), đổ chung lẫn vào viên phối liệu. Tốt nhất là dùng than cốc hoặc than antraxit( ít tro, ít chất bốc tạo lửa ngắn ). Khi cháy môi trường nung chủ yếu là môi trường khử, trong clinker lẫn FeO, C5A3, C6AxFy và Fe tạo dung dịch rắn đối với C3S, C2S. Than cháy truyền nhiệt gần như trực tiếp cho viên phối liệu, vì vậy hiệu suất nhiệt rất cao. 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. Xi măng lò quay Theo độ ẩm của phối liệu vào lò nung, ta chia công nghẹ 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%) Phương pháp ướt Phối liệu được nghiền ướt thành dạng bùn, độ ẩm 36 - 42% chứa trong những bể bùn lớn rồi đưa vào nung trong các thiết bị lò quay. Lò quay có ống hình trụ dài 120 - 150m, đường kính 2,4 - 4m, đặt nghiêng 4 - 6, quay với vận tốc 40 – 70 m/ph. Ở đầu lò thấp, người ta phun nhiên liệu( bột than, dầu, khí) vào đốt, nhiên liệu cháy trong khoảng không gian của lò. Ở đầu lò cao, đưa phối liệu vào. 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 hối 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 (kcal/kg clinker) 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. Hiện nay, các nhà máy hầu như không dùng phương pháp này mà chỉ dùng phương pháp ướt hoặc phương pháp khô. Hình 1.7: Sơ đồ quy trình sản xuất xi măng Các nguồn phát thải bụi trong sản xuất xi măng clinker Thạch cao Phụ gia Định lượng Bụi thải Băng tải và phân ly tử Bụi thải Máy nghiền và phân hạt Bụi thải Bơm xi măng về silo Bụi thải Máy xuất xi măng Đóng bao xi măng Bụi thải Bụi thải Xuất xi măng bao Bụi thải Hình 1.8: Các nguồn phát sinh bụi trong quá trình sản xuất Bụi phát sinh ở hầu hết các công đoạn sản xuất: nổ mìn, lấy đá, khai thác đất sét, nghiền nguyên liệu, nghiền xi măng, vận chuyển, nung…Bụi phát sinh chủ yếu ở khâu nghiền. Lượng bụi tạo thành trong quá trình khai thác đá là: 0,4 kg bụi/tấn đá trong công đoạn nổ mìn khai thác đá hộc. 0,14 kg bụi/tấn đá khi nghiền khô và 0,009 kg/tấn theo phương pháp ướt. 0,17 kg bụi/tấn đấ khi bốc xếp, vận chuyển. Đề xuất quy trình công nghệ xử lí bụi Cơ sở lựa chọn - Để lựa chọn từng thiết bị thu bụi hoặc thiết bị lọc sạch bụi cần phải chú ý các điều kiện sau: - Tính chất của bụi:kích cỡ,hình dạng,mật độ,độ ẩm,tính hút ẩm(tức là tính hấp thụ hoặc hút hơi nước),tính dẫn điện,tính cháy ,tính ăn mòn,độ mài mòn và tính độc của bụi. - Tính chất của dòng khí mang bụi:nhiệt độ,độ chứa ẩm,tính ăn mòn,tính cháy,áp suất,độ ẩm tương đối,mật độ,tính dính, tính dẫn điện và tính độc của dòng khí có mang theo hạt bụi. - Các tiêu chuẩn về khí thải của nhà nước ban hành. - Yếu tố phát sinh: tốc độ sa lắng của bụi theo kích thước hạt bụi,lưu lượng dòng khí, nồng độ hoạt động của nguồn lien tục hay gián đoạn,hiệu quả mong muốn. - Hiệu quả thu bụi: kích cỡ hạt bụi có trong dòng khí là rất quan trọng cho khả năng thu bụi của thiết bị, hay hiệu quả thu bụi phụ thuộc kích cỡ hạt bụi và độ phân tán. Quy trình công nghệ Bụi và khí thải phát sinh trong quá trình sản xuất được tho gom bằng các chụp hút bụi.Quạt hút trên đường ống sẽ hút và dẫn bụi vào thiết bị lắng (lắng quán tính).Dòng khí đi vào thiết bị theo phương ngang sẽ bị đổi hướng chuyển động do va đập với vật cản(các tấm chắn),khi dòng khí đổi hướng chuyển động thì bụi do có sức quán tính lớn sẽ giữ hướng chuyển động ban đầu của mình và va đập vào các vật cản rồi bị giữ lại ở đó hoặc mất động năng và rơi xuống thiết bị.Đầu bên kia của thiết bị ,quạt hút sẽ hút khí sạch và khí nay sẽ theo đường ống khói bay ra ngoài không khí. Chụp hút Nhà xưởng Bụi Quạt hút Thùng chứa bụi thu hồi Lọc bụi quán tính Quạt đẩy Khí sạch Ống khói Hình 1.9. Sơ đồ quy trình công nghệ xử lý bụi nhà máy sản xuất xi măng CHƯƠNG 2: QUY HOẠCH MẶT BẰNG Tổng quát Đặc điểm của các nhà máy sản xuất xi măng phát sinh những khí thải độc ảnh hưởng lớn đến sức khỏe và cảm quan của người dân. Ngay từ đầu, khi lập luận chứng kinh tế kỹ thuật, ta phải nghiên cứu kỹ, tính toán dự báo tác động của công trình đó tới môi trường, phải đảm bảo khi đưa vào vận hành sử dụng công trình đó, không gây ô nhiễm môi trường không khí, tức là nồng độ chất độc hại do chúng thải ra, nhập với nồng độ chất độc hại của khu vực đó, không vượt quá nồng độ cho phép. Cần nắm rõ các đặc tính khí hậu, nhiệt độ, độ ẩm, lượng mưa hàng năm và vị trí địa lý của mặt bằng cần quy hoạch. Quy hoạch mặt bằng Nguồn nguyên liệu Nhà máy sản xuất xi măng được quy hoạch trong mặt bằng của khu công nghiệp, xa khu vực dân cư, nghiên cứu về thổ nhưỡng, đặc điểm của khu vực đối với việc sản xuất. Trong khu công nghiệp có các nhà máy khác nhau để có thể tận dụng nguồn nguyên liệu cho sản xuất. Thông thường các nhà máy sản xuất xi măng thường nằm trong tổng liên doanh của các công ty dầu khí để tận dụng được nguồn khí thiên nhiên. Đồng thời được xây dựng gần các mỏ đá vôi để thuận lợi cho việc vận chuyển nguyên liệu đến nơi chế biến. Vị trí đặt các phân xưởng Trong nhà máy cần phân định rõ khu sản xuất, khu phụ trợ, kho tàng, khu hành chính phục vụ, cần sắp xếp để khi mở rộng quy mô không ảnh hưởng đến sản xuất, tạo điều kiện để khai thác nhà máy thuận lợi đồng thời dễ dàng tập trung các nguồn thải, các thiết bị làm sạch, các hệ thống thông gió xử lý không khí, các thiết bị kiểm tra kiểm soát và báo động ô nhiễm môi trường. Các khu nhà, các nhóm nhà, và trong từng ngôi nhà cần phải thông thoáng tự nhiên tốt, chiếu sáng tự nhiên tốt. Muốn vậy phải nắm vững các quy luật về khí động, bố trí nhà cho hợp lý, không những nhà này không che chắn nhà kia, mà còn làm sao để có thể nhà này tạo cho nhà kia thông thoáng tốt hơn. Xung quanh khu hành chính nên bố trí trồng cây xanh để giảm ảnh hưởng xấu của các chất độc hại, ngăn bớt khói bụi và tiếng ồn và giảm bớt bức xạ mặt trời. Thường thì các nhà thấp nên bố trí ở đầu hướng gió chính. Nếu vùng xây dựng không có hướng gió nào là chính, tần suất gió ở các hướng xấp xỉ nhau thì nên đặt các nhà cao vào giữa khu. Hệ thống giao thông - Đường thủy: vận chuyển bằng đường thủy có rất nhiều thuận lợi và là phương thức vận chuyển được xem là bảo vệ môi trường,do đó các nhà máy xi măng thường được bố trí gần các con sông để thuận tiện cho việc vận chuyển nguyên vật liệu và sản phẩm bằng đường thủy, vì vậy cần có hệ thống cảng nối vào nhà máy. - Đường bộ: gần các trục giao thông chính, đảm bảo thông thoáng, thuận lợi cho việc vận chuyển. Trong nhà máy cũng cần xây dựng hệ thống giao thông hợp lý đảm bảo lưu thông không ách tắc. Mạng lưới điện quốc gia Nguồn điện cung cấp cho nhà máy cần ổn định, đảm bảo nhu cầu sản xuất của nhà máy, nhất là trong quá trình sản xuất, tốt nhất là đặt trạm biến thế 110 kV. Ngoài ra trong nhà máy cần có chu trình công nghệ khép kín cùng với việc tự tạo điện năng và hơi nước để nhà máy hoàn toàn chủ động trong sản xuất kể cả khi lưới điện quốc gia gặp sự cố hoặc không đủ cung ứng điện. Hệ thống giao thông đường thủy Khu dân cư Khí thải Nhà máy sản xuất xi măng Hệ thống giao thông đường bộ Quạt đẩy Mạng lưới điện Ống khói Hệ thống xử lý khí thải Chụp hút Quạt hút Lọc bụi quán tính Hình 1.8: Sơ đồ quy hoạch mặt bằng CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT BỊ Thiết bị lắng bụi quán tính kiểu “lá sách” Thiết bị lọc quán tính kiểu “lá sách” cấu tạo của Stairmand gồm một không gian hình trụ, bên trong có đặt các tấm chắn đặt song song nhau và chéo góc với hướng chuyển động ban đầu của dòng khí, lệch một góc bằng 30o so với phương ngang. Thiết bị có hiệu quả cao đối với bụi có kích thước > 20µm. Được sử dụng trong các nhà máy xi măng, công nghiệp sắt thép, lò vôi, lò đốt, các nhà máy chế biến thức ăn gia súc. Nguyên lí làm việc Dòng khí mang bụi được thổi vào thiết bị theo phương từ trên xuống sẽ bị đổi hướng chuyển động bởi tấm chắn dòng trong các ngoặt của mương dẫn, lúc này những hạt bụi lớn do có sức quán tính lớn sẽ giữ hướng chuyển động thẳng của mình và va đập vào tấm chắn rồi rơi xuống thiết bị thu bụi. Dòng khí sạch sẽ đi qua khe hở của tấm chắn đi ra ngoài. Vật liệu cản của thiết bị Vật liệu cản cần thõa mãn các yêu cầu sau: - Có khả năng giữ bụi. - Độ bền cơ học cao trong điều kiện nhiệt độ và môi trường ăn mòn. - Có khả năng phục hồi tốt. - Giá thành thấp. Vật cản bụi trong thiết bị lắng quán tính có thể là những tấm sắt, thép hoặc bê tông. Bề dày của vật cản khoảng 0,4-0,6 cm, các tấm chắn được nối với nhau bằng các thanh sắt nhỏ có ốc vít cố định, khoảng cách giữa các tấm lá 5 - 10cm. Tính toán thiết bị Hiệu suất thiết bị - Lưu lượng khí cần lọc: Q= 2570 m3/h riêng của bụi b=2900 kg/m3 Nhiệt độ không khí ra tk = 400C `k40oC = = =1,13 kg/m3 - Nồng độ bụi vào thiết bị Cv= 500mg/m3 - Nhiệt độ khí bụi vào: tb = 1000C. Khối lượng riêng của không khí ở 1000C: [1] `k100oC = Trong đó : p: áp suất,mmHg,p=760 mmHg t: Nhiệt độ không khí, 0C. `k100oC == 0,95 kg/m3 Khối lượng Nồng độ bụi cho phép thải ra môi trường theo QCVN 19-2009,loại A CTC=50mg/m3 (ở điều kiện chuẩn 00C và áp suất bằng 760 mmHg). Nồng độ tối đa cho phép của các chất ô nhiễm trong khí thải của các cơ sở sản xuất ,chế biến, kinh doanh, dịch vụ thải ra môi trường không khí: Cmax=CTC Kp Kv Trong đó Cmax: Nồng độ tối đa cho phép của chất ô nhiễm trong khí thải của các co sở sản xuất, chế biến, kinh doanh, dịch vụ thải ra môi trường không khí, mg/Nm3. CTC: Giá trị nồng độ tối đa cho phép của chất ô nhiễm quy định trong QCVN19 -2009. Kp: Hệ số theo lưu lượng nguồn thải: Lưu lượng nguồn thải(m3/h) Giá trị hệ số Kp P20.000 1 20.000 0,9 P>100.000 0,8 Kv: Hệ số vùng,khu vưc,nơi có sở sản xuất, chế biến, kinh doanh, dịch vụ. Phân vùng Giá trị hệ số Kv Vùng 1 Nội thành đô thị loại đặc biệt (1) và đô thị loại 1 (1); rừng đặc dụng (2); di sản thiên nhiên , di tich lịch sử văn hóa được xếp hạng (3); cơ sở sản xuất chế biến, kinh doanh, dịch vụ có khoảng cách ranh giới đến khu vực này dưới 02 km. 0,6 Vùng 2 Nội thành,nội thành đô thị loại II, III, IV (1): Vùng ngoại thành đô thị loại đặc biệt, đô thị loại một có khoảng cách đến ranh giới cách khu vực này dưới 02 km. 0,8 Vùng 3 Khu công nghiệp: đô thị loại IV (1), vùng ngoại thành ,ngoại thị đô thị loại II, III, IV có khoảng cách đến ranh giới nội thành, nội thị lớn hơn hoặc bằng 02 km, cơ sở sản xuất chế biến, kinh doanh, dịch vụ có khoảng cách ranh giới đến khu vực này dưới 02 km(4). 1 Vùng 4 Nông thôn. 1,2 Vùng 5 Nông thôn miền núi. 1,4 Cmax=50 1 1=50 mg/m3. Ở điều kiện thường t=20oC, nồng độ ra: Cr=50=43,6 mg/m3. Hiệu suất của thiết bị: = = = 90 2.2. Khối lượng bụi thu được Lượng hệ khí vào thiết bị lắng quán tính [1] Gv=v Qv (1) Trong đó: v =byv(1- yv)k (2) Với:v là khối lượng riêng của hỗn hợp khí bụi b là khối lượng riêng của bụi (bụi xi măng b = 2900 kg/m3) yv là nồng độ bụi đi vào thiết bị, % khối lượng: yv = (3) k là khối lượng riêng của khí: k100oC = 0,95 kg/m3 Thay (3) vào (2) ta được: v =bk =>v2 - kv – (b - k) = 0 Thay các giá trị vào ta được :v2 – v – (– ) = 0 Giải phương trình ta được v = 1,77. Thay vào (1) Gv=v Qv => Gv= 2570 = 4548,9 kg/h Thay giá trị này nào (2) ta được Nồng độ bụi đi vào thiết bị, % khối lượng yv = => yv = = 0,028%. Nồng độ bụi đi ra thiết bị, % khối lượng yr =yv(1-η) = 0,028 (1-0,9) = 0,0028 %. Lượng hệ khí ra khỏi thiết bị Gr=Gv = 4548,9 = 4547,8 kg/h. Lượng khí sạch hoàn toàn [1] Gs=Gv == 4547,6 kg/h. Lưu lượng hệ khí ra ngoài thiết bị [1] Qr = = = 2569, 4m3/h. Năng suất của thiết bị lọc theo lượng khí sạch hoàn toàn Qs= = = 4786,9 m3/h. Lượng bụi thu được Gb= Gv - Gr =4548,9 - 4547,8 = 1,1 kg/h Khối lượng bụi thu được trong một ngày m = 1,1 x 24 = 26,4 kg/ngày Thể tích bụi thu được V = = 0,009 m3 2.3. Tính toán thiết bị Chọn vận tốc vào thiết bị, qua đường kính ống d1 là v1 = 25 m/s. Khi đường kính ống d1 của thiết bị được tính theo công thức d1 = = = 0,2 m Chọn vận tốc ra thiết bị, qua đường kính ống d1 là v1 = 18 m/s. Khi đường kính ống d1 của thiết bị được tính theo công thức d2 = = = 0,22 m Chọn đường kính D của thiết bị là 0,5m, khi đó vận tốc dòng khí trong thiết bị là V = = = 3,7 m/s. Phương trình cân bằng năng lượng (a) và (b), (chọn mặt chuẩn nằm ngang tại b) Pa +va2 + = Pb +vb2 + +s Pa = Pb = Pkq, va = vb vì D như nhau, lưu lượng Q xấp xỉ nhau Thế các giá trị vào phương trình ta được = s, với s là tổng tổn thất áp suất từ a đến b s = ⅀sdd + ⅀scb) = ⅀sdd + ⅀scb) ⅀sdd: tổn thất áp suất dọc theo đường ống, ⅀sdd = : hệ số ma sát dọc theo chiều dài ống Hệ số Re: Re = Trong đó: va là vận tốc dòng khí trong thiết bị = 0,91 m/s. : khối lượng riêng của hỗn hợp khí bụi = 1,77 kg/m3 : độ nhớt động học,=0,0 = 17,1710-6. 100oC = 2,1810-5 Pa.s =>Re = = 150,2103 > 4000 Chọn thiết bị là ống thép mới không hàn => độ nhám tuyệt đối = 0,1 mm. [1] Hệ số Reynold giới hạn trên [1] Regh == 102,3103. Hệ số Reynold khi bắt đầu xuất hiện vùng nhám [1] Ren ==3,2106. =>Regh Khu vực quá độ Hệ số ma sát Ta có 8.10-5 < = = 2.10-4 < 0,0125 0,1= 0,1= 0,019 =>⅀sdd = = 0,019 = 0,26H N/m2 ⅀scb = : hệ số trở lực cục bộ, đặc trưng cho cấu tạo của bộ phận gây ra trở lực cho thiết bị, chọn ở mỗi tấm chắn là 0,2. Chọn số tấm chắn trong thiết bị là 20, khi đó n = 20 ⅀scb = = 200,2= 27,4 kG/m2. = ⅀sdd + ⅀scb) => gH = 0,26H + 27,4 =>(9,81-0,26)H =27,4 =>H = = 2,9 m 3 m Bố trí các tấm chắn trên khoảng chiều dài thiết bị là: 3 – 1 - 0,2 = 1,8 m Khoảng cách giữa các tấm chắn là: = 0,09m = 9 cm Chọn chiều rộng mỗi tấm chắn là 0,3 m Kích thước chiều dài mỗi tấm chắn sẽ khác nhau do bố trí khác nhau trong hình trụ, chọn chiều dài trung bình của mỗi tấm chắn là 0,4 m 2.4. Tính quạt vào thiết bị Trở lực trên đường ống dẫn khí vào thiết bị Lưu lượng khí vào thiết bị: Q1 = 2570 m3/h. Đường kính ống dẫn vào: d0 = 200 mm = 0,2 m Vận tốc vào thiết bị: v0 = = = 22,7 m/s. Hệ số Reynold Re = v = 1,77 kg/m3 100oC = 2,18.10-5 Pa.s Re = = 3,7.105 Chọn ống dẫn khí là ống thép mới không hàn => độ nhám tuyệt đối = 0,1 mm [1] Hệ số Reynold giới hạn trên [1] Regh == 0,35.105 Hệ số Reynold khi bắt đầu xuất hiện vùng nhám [1] Ren ==11,4.105 =>Regh Khu vực quá độ. Hệ số ma sát Ta có 8.10-5 < = = 2,5.10-4 < 0,0125 => 0,1= 0,1= 0,018 Áp suất động học: pd = = = 46,5 kG/m2 Chọn chiều dài đường ống dẫn khí từ chụp hút đến thiết bị lắng quán tính là l= 10 m Hệ số sức cản tương đương của đoạn ống thẳng td = 𝜆 = 0,018 = 0,9 * Tại chụp hút trên thiết bị ξ = 0,2- 0,4 .chọn ξ = 0,3 [3] * Co 90o (ngoặt tiết diện tròn nhiều đốt, R/D = 2; = 90o),ξ = 0,35 [4] Hệ số sức cản cục bộ trên đoạn ống = 0,3 + 5 x 0,35 = 2,05 =>Tổng tổn thất áp suất trên đường ống pd = ( +td) pd = (2,05+ 0,9) x 46,5 = 120,9 kG/m2 =1345,7N/m2 thất áp suất do quạt tạo ra pq = (0,12 0,15)9,81104 = 0,139,81104 = 12753 N/m2 =>Tổng tổn thất áp suất: Ps = pd +pq = 1345,7 + 12753 = 14098,7 N/m2 =>Công suất của quạt hút vào thiết bị [5] Nq= Trong đó Q: lưu lượng khí (m3/s) : hệ số an toàn, (1,12 1,15), chọn = 1,13 : tổng tổn thất áp suất, =pd + pq = 14098,7 N/m2 : (0,92, chọn = 0,95 : (0,90.98), chọn = 0,95 (0,921), chọn = 0,95 =>Nq = = = 13,27 kW =>Chọn quạt: “V-Xêp” 7-40 N06, kiểu “R”6 - 3a, công suất 15 kW [3] =>Số vòng quay: 1790 vòng/phút. 2.5. Ống khói Chọn vận tốc của dòng khí trong ống khói là v3 = 5 m/s. Lưu lượng khí trong ống khói Q = 2569,4 m3/h. Đường kính ống khói: D = = 0,4 m Chiều cao ống khói: H = Trong đó: Ccp: nồng độ cho phép trong môi trường xung quanh, mg/m3. A: Hệ số phụ thuộc sự phân bố nhiệt độ theo chiều cao khí quyển, được chọn cho điều kiện khí tượng nguy hiểm và xác định điều kiện phát tán thẳng đứng và theo phương ngang của chất độc hại trong khí quyển.Trong tính toán có thể nhận A = 200 - 240. F: Hệ số vô thứ nguyên tính đến vận tốc lắng chất ô nhiễm trong khí quyển. Đối với chất ô nhiễm dạng khí F = 1; đối với bụi : Nếu hiệu quả xử lí η 90% F = 2 Nếu hiệu quả xử lí η 75%90% F =2,5 Nếu hiệu quả xử lí η 75% F = 3 M: tải lượng ô nhiễm, g/s H: chiều cao nguồn thải tính từ mặt đất, m Q: lưu lượng khí thải, m3/s. T: hiệu nhiệt độ khí thải Tkvà khí quyển Tkk.. Nhiệt độ khí quyển Tkk, cần lấy cho tháng nóng nhất trong năm vào lúc 13h. m,n: Các hệ số vô thứ nguyên tính đến điều kiện thoát khí thải từ cổ ống khói, m được xác định theo công thức sau m = (0,67 + 0,1 + 0,34 )-1 nếu f 100 m = (1,47 f)-1 nếu f > 100 Với f = n được xác định như sau: n =1 nếu Vm > 2 n = 0,532 Vm2 – 2,13 Vm + 3,13 nếu 0,5 < Vm 2 n= 4,4 Vm nếu Vm 0,5 Với Vm = 0,65 Tính toán : H = Trong đó :A = 220 F = 2 (hiệu suất xử lí η = 90%) M = Cb Q = 43,61 10-3 = 0,031 g/s Chọn m =1, n = 1 Q = 2569,4 m3/h. T = 60 - 40 =20 , (chọn nhiệt độ trong ống khói là 60, nhiệt độ môi trường là 40. Ccpmax được tính theo công thức sau: Ccpmax = CcpTC Kp Kv. Trong đó: CcpTC: chất lượng không khí xung quanh quy định trong QCVN 05-2009, CcpTC = 0,2 mg/m3, ở nhiệt độ 25. Kp: Hệ số theo lưu lượng nguồn thải, Kp = 1 Kv: Hệ số vùng, khu vực, nơi có cơ sở sản xuất, chế biến, kinh doanh, dịch vụ, Kv = 1 = > Ccpmax = 0,2 1 1 = 0,2 Ở nhiệt độ 60, nồng độ khí ra : Ccp = 0,2 = 0,18 mg/m3 H = = 6 m Dựa vào giá trị H, tính lại H1 f = => f = = 13,8 < 100 => m = (0,67 + 0,1 + 0,34 )-1 = 0,54 Vm = 0,65 = Vm = 0,65 = 0,87 => n = 0,532 Vm2 – 2,13 Vm + 3,13 = 1,68 => H1 = = = 5,5 m H = = = 8,3 Dựa vào giá trị H1, tính lại H2 f = => f = = 16,5 < 100 => m = (0,67 + 0,1 + 0,34 )-1 = 0,51 Vm= 0,65 = Vm= 0,65 = 0,89 => n = 0,532 Vm2 – 2,13 Vm + 3,13 = 1,65 => H1 = = = 5,3 m H = = = 3,6(nhận) ậy chiều cao ống khói là: H = 5,5 m 2.6. Tính quạt ra thiết bị Trở lực trên đường ống dẫn khí ra thiết bị Lưu lượng khí ra khỏi thiết bị: Qr = 2569,4 m3/h Đường kính ống dẫn ra: d2 = 220 mm = 0,22 m Vận tốc ra thiết bị: v2 = = = 18,7 m/s Hệ số Reynold Re = ρr = 1,77 kg/m3 40oC = 1,9.10-5 Pa.s Re = = 3,8.105 Chọn ống dẫn khí là ống thép mới không hàn, độ nhám tuyệt đối = 0,1 mm [1] Hệ số Reynold giới hạn trên [1] Regh == 0,40.105 Hệ số Reynold khi bắt đầu xuất hiện vùng nhám [1] Ren ==12,7.105 =>Regh Khu vực quá độ Hệ số ma sát Ta có 8.10-5 < = = 4,5.10-4 < 0,0125 0,1= 0,1= 0,018 Áp suất động học :pd = = = 31,5 kG/m2 Chọn chiều dài đường ống dẫn khí từ thiết bị lắng quán tính đến ống khói là l = 15 m Hệ số sức cản tương đương của đoạn ống thẳng td = 𝜆 = 0,018 = 1,22 * Co 90o (ngoặt tiết diện tròn nhiều đốt, R/D = 2; = 90o),ξ = 0,35 [4] Hệ số sức cản cục bộ trên đoạn ống = 3 0,35 = 1,05 =>pd = ( +td) pd = (1,05+ 1,22) 31,5 = 71,5 Kg/m2 = 701,5 N/m2 Tổn thất áp suất do quạt tạo ra pq = (0,12 0,15)9,81104 = 0,139,81104 = 12753 N/m2 Tổng tổn thất áp suất: Pt = pd +pq = 701,5 + 12753 = 13454,5 N/m2 Trở lực của thiết bị ps = (0,26H + 27,4)g Với H là chiều cao thiết bị, g là gia tốc trọng trường = 9,81 ps = (0,26 +27,4) g = 276,5 N/m2 Trở lực của ống khói Đường kính ống khói: dok = 0,4 m Vận tốc thoát khí ra ống khói: vok = 18,7 m/s Xem nhiệt độ trong ống khói là: 60 Hệ số Reynold Re = r60oC = 1,77 kg/m3 60oC = 1,9.10-5 Pa.s Re = = 6,6.105 Chọn ống dẫn khí là ống thép mới không hàn => độ nhám tuyệt đối = 0,1 mm [1] Hệ số Reynold giới hạn trên [1] Regh == 0,4.105 Hệ số Reynold khi bắt đầu xuất hiện vùng nhám [1] Ren ==12,7.105 =>Regh Khu vực quá độ Hệ số ma sát Ta có 8.10-5 < = = 4,5.10-4 < 0,0125 0,1= 0,1= 0,017 Áp suất động học: pok = = = 31,5 kG/m2 Chiều cao ống khói H = 5,5 m Hệ số sức cản tương đương của đoạn ống thẳng td = λ= 0,017= 0,4 => Hệ số sức cản cục bộ trên đoạn ống = 1 =>pd = ( +td) pok = (1+ 0,4) 31,5 = 32,9 Kg/m2 =322,7 N/m2 Tổng tổn thất trên toàn đường ống dẫn khí ra = +d +ok = 276,5 + 13454,5 + 322,7 =14053,7 N/m2 Công suất của quạt hút khí vào thiết bị [5] Nq= Trong đó Q: lưu lượng khí (m3/s) : hệ số an toàn, (1,121,15), chọn = 1,13 : tổng tổn thất áp suất : (0,92,chọn = 0,95 : (0,90,98),chọn = 0,95 (0,921),chọn = 0,95 => Nq = = = 13,2 kW Chọn quạt: “V-Xêp” 7-40 N06, kiểu “R”6-3a, công suất 15 kW [3] Số vòng quay: 1790 vòng/phút 3. Tính cơ khí của thiết bị (Chiều dày thân của thiết bị) Thiết bị lọc bụi xi măng bằng tĩnh điện làm việc ở môi trường ăn mòn, nhiệt độ t = 100 0C Áp suất làm việc của thiết bị : P = 1 at = 9,81.10 à chọn thép cacbon CT3 Tính chất của thép: [2] Chiều dày tấm thép, mm 4-20 Giới hạn bền, N/ m 2 Kéo 380.106 Cắt 240.106 Độ giản dài tương đối, % 25 Độ nhớt và dập, J/ m 2 0,8.106 Khối lượng riêng, kg/ m 3 7,85.103 Hệ số dẫn nhiệt, W/m.độ 50 Thân hình trụ làm bằng vật liệu dẻo (thép) làm việc ở áp xuất < 10.106 được chế tạo bằng cách cuốn tấm vật liệu với kích thước đã định sau đó hàn ghép mối lại. Gia công thiết bị bằng hàn bằng hồ quang điện bằng cách hàn giáp mối hai bên. Ứng suất cho phép của thép CT3 theo giới hạn bền: Ứng suất kéo [s] = η Ứng suất cắt [s] = η η: hệ số điều chỉnh Thiết bị thuộc loại 2 nhóm 2 h = 1 [2] n = 2,6 n = 1,5 [2] [s] = .1 = 146,2.10 [s] = 1 = 160.10 Chọn giá trị bé hơn trong 2 kết quả vừa tính để tính tiếp j = . 0,95 = 141,6 > 50 j: hệ số bền mối hàn j = 0,95 [2] Chiều dày thiết bị: [2] Khi ×j ³ 50 có thể bỏ qua p ở mẫu S = + C D: đường kính trong. m Chọn Dt = 4 m [2] C: bổ sung do ăn mòn, bào mòn và dung sai về chiều dày, m C = C1+ C2 + C3 Trong đó C1: bổ sung do ăn mòn C1 = 1 mm C2: bổ sung do hao mòn C2 = 0 mm C3: bổ sung do dung sai của chiều dài C3 = 0,8 mm [2] C = 1+ 0 + 0,8 = 1,8 mm S = +1,8= 3,21 (mm) Chọn S = 4mm Áp suất thử thủy lực: P =1,5 P [2] p = 1,5.9,81.104 = 14,72.104 (N/m2) s = (N/m2) [2] (N/m2) s = 120,9.106 (N/m2) = 133,3.10 ( thỏa điều kiện) Chọn chiều dày thân thiết bị là 4 mm Thông số thiết bị Thông số Đơn vị Giá trị Số tấm chắn Tấm 20 Chiều cao thiết bị m 3 Chiều cao ống vào m 0,2 Chiều cao ống ra m 0,2 Đường kính chính của thiết bị m 0,5 Đường kính ống vào m 0,2 Đường kính ống ra m 0,22 Công suất quạt vào kW 13,27 Công suất quạt ra kW 13,2 Tải lượng khí sạch Kg/s 1,26 Tải lượng bụi Kg/s 0,0005 Chiều cao ống khói m 5,5 Chương 4: Ứng dụng và vận hành 1. Ứng dụng 1.1. Tính kinh tế Toàn bộ thân và chi tiết của thiết bị được làm bằng thép Diện tích thân hình trụ (không kể hai đáy) S1 = 2 = 2 = 4,71 m2 Diện tích thân ống vào S2 = 2 = 23,140,10,2 = 0,1256 m2 Diện tích thân ống ra S3 = 2 = 2 3,140,10,2 = 0,1382 m2 Diện tích hình tròn phần ống vào S4 = 2 = 3,142 = 0,0314 m2 Diện tích hình tròn phần ống ra S5 = 2 = 3,142 = 0,0380 m2 Diện tích hình tròn hai đáy S6 = R2 = 3,142 = 0,2 m2 Tổng diện tích phần thân thiết bị S = S1+ S2+ S3+2S6 - (S5+ S6) = 5,0344 m2 Chiều rộng mỗi tấm chắn là 0,3 m Mỗi tấm chắn có chiều dài khác nhau phân bố theo thứ tự trong thiết bị, chọn chiều dài trung bình là 0,4 m Diện tích mỗi tấm chắn là: 0,3 =0,12 m2 Tổng diện tích của 20 tấm chắn: 200,12 = 2,4 m2 Tổng diện tích bề mặt thép dùng để chế tạo thiết bị S* = 5,0344 +2,4 = 7,4344 m2 Khối lượng thép dùng để chế tạo thiết bị 7,43440,0047850 = 233,44 kg Giá thành 1 kg thép là là: 13900 VND Chi phí thân thiết bị là: 233,4413900 = 3.244.816 VND Lượng thép dùng làm giàn đỡ Chọn thép góc đều cạnh 5050 mm Trọng lượng 2,32 kg/1 m dài Chiều dài 2 m/1 cột 4 cột = 8 m Khối lượng thép góc 8m2,32 kg/m = 18,56 kg Chi phí làm giàn đỡ 18,5613900 = 258.000 VND Bảng 4 Tên hạng mục chi phí Đơn vị Số lượng Đơn giá(VND) Thành tiền( VND) Thép CT3 cho thân thiết bị kg 233,44 13900 3.244.816 Thép góc đều cạnh kg 18,56 13900 258.000 Quạt hút + quạt đẩy cái 2 1.000.000 2.000.000 Hệ thống ống dẫn khí kg 1 3.000.000 3.000.000 Các chi phí khác 1.497.184 Tổng chi phí 10.000.000 1.2. Một số điểm cần chú ý trước khi vận hành thiết bị Thép CT3 Thép CT3 có ứng suất chảy là 2100kg/cm2. Nên trong quá trình sử dụng cần lưu ý các thông số làm việc của hệ thống bao gồm nhiệt độ, áp suất và các tác nhân an toàn cho hệ thống từ bên ngoài, chủ yếu là tránh hệ thống bị phá rò rỉ làm ảnh hưởng đến năng xuất của hệ thống xử lí cũng như làm ảnh hưởng đến môi trường làm việc của mọi người. Máy quạt hút và quạt đẩy Chọn loại quạt có công suất vẫn dự trù được trường hợp hệ thống làm việc quá tải so với mức bình thường, phải đảm bảo quạt được bảo trì tốt và vận hành ổn định và có các phương án thay thế và sửa chữa kịp thời khi có bất trắc. Bên cạnh đó các đặc tính của dòng khí thải không làm ảnh hưởng đến quạt trong suốt quá trình máy hoạt động, đặc biệt là nhiệt độ và bụi làm ảnh hưởng đến tốc độ quay của cánh quạt. Ngoài ra cũng phải bảo đảm nguồn điện cấp vào cho quạt phải ổn định. Hệ thống cần được kiểm tra tổng bộ thường xuyên . Kiểm soát hiệu suất lọc bụi của hệ thống phải được xác định thừơng xuyên bằng cách quan trắc khí thải theo điều kiện môi trường xung quanh. Hệ thống các tấm chắn bụi Được thiết kế sao cho nếu trong trường hợp hệ thống hoạt động trong điều kiện quá tải vẫn có thể hoạt động bình thường. Nhưng cũng cần kiểm soát điều tiết chặc chẽ lưu lượng vào hệ thống tránh tình trạng thiết bị bị hư hỏng làm ảnh hưởng đến việc xử lí bụi 2. Vận hành Kiểm tra thiết bị trước khi vận hành Kiểm tra toàn bộ hệ thống trước khi vận hành Kiểm tra mức độ đóng bụi của bụi trên tấm chắn bụi Vệ sinh xung quanh khu vực thao tác quanh hệ thống xử lí Kiểm tra nguồn điện cấp vào hệ thống Kiểm tra tình trạng các van, thiết bị phụ và dụng cụ hỗ trợ Bật công tắc điện quạt hút cho hệ thống hoạt động Tiếp nhận bụi sản phẫm thu được sang khâu hồi lưu hoặc thải bỏ. Trong khi vận hành Công suất xử lí (lưu lượng vào) phải đảm bảo ở chế độ ổn định Thường xuyên theo dõi khi thiết bị vận hành,để khi gặp sự cố co thể kịp thời sửa chữa Ngừng hệ thống Để ngừng hệ thống, tiến hành tắt công tắc quạt vào và ra thiết bị Một số sự cố gặp phải khi vận hành thiết bị Hệ thống thân thiết bị bị hở.Trong trường hợp này nguyên nhân có thể xuất nguồn từ lúc bắt đầu lắp đặt hệ thống. Tuy nhiên khả năng này ít khả năng xảy ra Quạt hút làm việc không ổn định hoặc ngưng làm việc, khí bụi không được hút vào hệ thống sẽ phân tán ra môi trường. Đường ống dẫn khí bị rò rỉ Các tấm chắn trong thiết bị có thể bị rơi xuống do lúc thi công gắn lên thân thiết bị không chắc Cách khắc phục khi gặp sự cố Ngừng hệ thống làm việc, tiến hành sửa chữa, khắc phục sự cố ngay lập tức, nhanh chóng đưa thiết bị trở lại hoạt động bình thường. Chương 5: Kết luận – kiến nghị Kết luận Thiết bị lắng bụi bằng lực quán tính là thiết bị lắng bụi với hiệu suất khá cao (80-90%). Thiết bị này có khả năng làm việc ở nhiệt độ cao (450-600) và áp suất cao, trở lực của thiết bị thấp (100-500N/m2). Với chi phí rẻ hơn rất nhiều so với các thiết bị có cùng chức năng, khả năng ứng dụng của phương án này rất cao. Tuy nhiên, thiết bị này chỉ xử lí được những hạt bụi thô (kích thước > 20 µm), do vậy chỉ áp dụng trong các hệ thống xử lí bụi với nồng độ đầu vào nhỏ và kích thước hạt bụi lớn. Để xử lí triệt để bụi thải, sau thiết bị lắng quán tính cần lắp đặt một thiết bị lọc tinh khác như: lọc bụi tay áo, lọc bụi tĩnh điện … Thiết bị lắng bụi quán tính là thiết bị rẻ tiền, dễ lắp đặt, vận hành và sử dụng. Với những ưu điểm vượt trội như vậy việc sử dụng thiết bị này là giải pháp thiết thực để xử lí bụi thải trong các nhà máy sản xuất xi măng – ngành công nghiệp được đánh giá là phát thải bụi vào loại bậc nhất. Kiến nghị Trong quá trình vận hành, yêu cầu người vận hành phải thực hiện đúng quy trình, thường xuyên vệ sinh thiết bị, máy móc để hệ thống làm việc có hiệu quả cao và tăng tuổi thọ của thiết bị. Nhà máy cần có cán bộ chuyên trách được đào tạo và vận hành hệ thống theo quy trình đã định. Khi có sự cố cần liên hệ với các cơ quan chuyên môn để giải quyết. Mặt khác, nhà máy cần có sự liên hệ thường xuyên với các cơ quan chức năng để được hướng dẫn cụ thể về chính sách bảo vệ môi trường và các vấn đề liên quan đến môi trường. Giáo dục ý thức vệ sinh môi trường và vệ sinh công nghiệp cho cán bộ, nhân viên nhà máy. Chú ý công tác an toàn lao động, phòng ngừa cháy nổ, … khi vận hành thiết bị. Thiết bị lắng quán tính là thiết bị xử lí bụi thô nên để hiệu quả xử lí được cao ta cần kết hợp với các thiết bị khác nhằm giảm tối đa chất thải vào môi trường, ví dụ như lọc bụi tĩnh điện, lọc bụi tay áo,… sau đó có thể kết hợp với hệ thống xử lí CO2, SO2, NH3, nhằm đảm bảo nồng độ khí bụi phát thải vào khí quyển đặt tiêu chuẩn môi trường. Tài liệu tham khảo [1]. Nhiều tác giả, Sổ tay quá trình thiết bị, tập 1, NXB khoa học và kĩ thuật Hà Nội. [2] Nhiều tác giả, Sổ tay quá trình thiết bị, tập 2, NXB khoa học và kĩ thuật Hà Nội. [3] Hoàng Thị Hiền, Thiết kế thông gió công nghiệp, NXB Xây dựng. [4] Trần Ngọc Chấn, Kĩ thuật thông gió, NXB Xây dựng. [5] Nguyễn Tấn Dũng –giảng viên ĐH SPKT Tp HCM, bài giảng Các quá trình thiết bị, tập 2