ĐỒ ÁN MÔN HỌC

BẢO VỆ MÔI TRƯỜNG KHÔNG KHÍ
VÀ XỬ LÝ KHÍ THẢI
ĐỒ ÁN MÔN HỌC: Bảo vệ môi trường không khí và xử lý khí thải

Nhiệm vụ: Tính toán dự báo và thiếtkế hệ thống xử lý ô nhiễm môi trường
không khí từ các nguồn thải của nhà máy gạch Tuynel Từ Sơn - Hải Phòng

1. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:
- Phân tích các nguồn gây ô nhiễm môi trường do hoạt động sản xuất của
nhà máy gây ra.
- Tính toán tải lượng của các chất ô nhiễm từ các nguồn thải trên.
- Tính toán nồng độ phát thải của các chất ô nhiễm trên đối với từng
nguồn thải
- Kết luận so sánh với tiêu chuẩn khí thải công nghiệp: TCVN 2005
- Tính toán thiết kế hệ thống xử lý chất thải ô nhiễm trước khi phát thải
vào môi trường xung quanh
- Tính toán dự báo nồng độ của các chất ô nhiễm trên (sau khi đã lắp đặt
thiết bị xử lý) về mùa đông và mùa hè theo các hướng gió chủ đạo tại
địa điểm xây dựng nhà máy ứng với khoảng cách: cách nguồn thải từ 0
đến 40 lần chiều cao của nguồn thải

nhiệt độ và độ ẩm
Bảng 1 – 1: Các thông số khí hậu xung quanh nhà máy
Mùa hè
Mùa đông
t
tb
,
o
C
 , %
d, g/kg
v
tb
, m/s
t
tb
,
o
C
 , %
d, g/kg
v
tb
, m/s
28,2
84
20
4,0
16,7
83

TCVN 5937 – 2005
- Tính lƣợng nhiệt cần thiết để sấy khô gạch mộc từ độ ẩm 12% đến 5%
- Tính lƣu lƣợng, tải lƣợng chất ô nhiễm của từng ống khói
- Tính chiều cao ống khói 1, 2
1.3. Số liệu tính toán
- Nhiên liệu sử dụng: than cám có số lƣợng B = 2500 tấn/năm = 347 kg/h
- Số ngày làm việc trong 1 năm: S
n
= 300 ngày
Bảng1 – 2: Thành phần của than cám
A
p

(%)
S
p

(%)

W
p
(%)

O
p
(%)

N
p
(%)

1
= 0,7B = 243 kg/h
- 30% than đƣa vào lò nung : B
2
= 0,3B = 104 kg/h
- Nhiệt độ lò nung: t
n
= 1000
o
C

Bảng 1 – 3: Đặc tính nguồn thải
Loại nguồn thải
Số lƣợng nguồn thải
Nhiệt độ khói thải
(
o
C)
Lò sấy
1
38
Lò nung
1
87

1.4.Phân tích các công đoạn gây ô nhiễm của công nghệ sản xuất
Phân tích các công đoạn gây ô nhiễm môi trƣờng trên sơ đồ công nghệ sản xuất
gạch tuynel Từ Sơn:
N MễN HC:
BO V MễI TRNG KHễNG KH V X Lí KH THI

Băng tải 1
Bãi đất
Cấp liệu thùng 10 m3/h
Máy nghiền xa luân 10 m3/h
Bãi thành phẩm
Lò nung Tuynel
Lò sấy Tuynel
Phơi trong nhà kính
Cắt tự động
Máy đùn MVA 400 - 20 t/h
Máy nhào MVA 400 - 200 t/h
Nhào 2 trục l-ới lọc 12 m3/h
Máy cán mịn 10 m3/h
Cấp liệu đĩa 10 m3/h

N MễN HC:
BO V MễI TRNG KHễNG KH V X Lí KH THI
GVHD: NGUYN QUNH HNG
SVTH: NGUYN TH XUN MSSV: 6664.48 LP: 48DT
4

Chng 2:
TNH TON SN PHM CHY

2.1. Xỏc nh lng m bay hi trong quỏ trỡnh sy vt liu
Nhit tr ca nhiờn liu c xỏc nh theo cụng thc sau:
p
W6)(2624681
ppppp
SOHCQ

viờn/h
Lng vt liu mang vo hm sy: G
1
= 34.10
6
kg/nm = 4722 kg/h
Lng m bc hi trong lũ sy:
348
5100
512
4722
100
)(
2
21
1







w
ww
GW
kg/h
Lng vt liu mang ra khi lũ sy:
4374
512

(2)
(3)
(4)
(5)
1
Lng khụng khớ khụ lớ thuyt
cn cho quỏ trỡnh chỏy
m
3
chun/kgNL
V
o
= 0,089Cp +
0,246Hp - 0,0333(Op -
Sp)
6,790
2
Lng khụng khớ m lớ thuyt
cn cho quỏ trỡnh sy ( t =
16,7
o
C; = 83%; d = 10,5
g/kg)
m
3
chun/kgNL

V
a
= (1 + 0,0016d)V

m
3
chun/kgNL V
CO
= 1,865.10
-2
.C
p

0,008
6
Lng khớ CO
2
trong spc
m
3
chun/kgNL
V
CO2
= 1,853.10
-2
(1-
)C
p
1,330
ĐỒ ÁN MÔN HỌC:
BẢO VỆ MÔI TRƢỜNG KHÔNG KHÍ VÀ XỬ LÝ KHÍ THẢI

N
p
+
0,79V
t

8,732
9
Lƣợng khí O
2
trong không khí
thừa
m
3
chuẩn/kgNL
V
O2
= 0,21(-1)V
a

0,870
10
Lƣợng khí NOx trong spc
(xem nhƣ NO
2
với 
NO2
=
2,054 kg/m3chuẩn
kg/h

phản ứng của NOx
m
3
chuẩn/kgNL

V
N2(NOx)
= 0,5V
NOx

0,001

Thể tích khí O2 tham gia vào
phản ứng của NOx
m
3
chuẩn/kgNL

V
O2(NOx)
= V
NOx

0,002
11
Lƣu lƣợng khói (spc) ở điều
kiện chuẩn
m
3
chuẩn/kgNL

1,25 kg/m3 chuẩn
g/s

M
CO
=
10
3
V
CO
B
CO
/3600

0,973
14
Tải lƣợng khí CO2 với 
CO2
=
1,977 kg/m3 chuẩn
g/s

M
CO2
=
10
3
V
CO2
B

(5)
1
Lƣợng không khí khô
lí thuyết cần cho quá
trình cháy
m
3
chuẩn/kgNL
V
o
= 0,089Cp + 0,246Hp -
0,0333(Op - Sp)
6,790
2
Lƣợng không khí ẩm lí
thuyết cần cho quá
trình sấy (ở t =
28,2oC; u = 84%; d =
20 g/kg)
m
3
chuẩn/kgNL

V
a
= (1 + 0,0016d)V
o
7,007
3
Lƣợng không khí ẩm

spc với hệ số cháy
không hoàn toàn về
hoá học và cơ học n =
0,01
m
3
chuẩn/kgNL V
CO
= 1,865.10
-2
.C
p

0,008
6
Lƣợng khí CO2 trong
spc
m
3
chuẩn/kgNL
V
CO2
= 1,853.10
-2
(1-)C
p
1,330

t

8,869
9
Lƣợng khí O2 trong
không khí thừa
m
3
chuẩn/kgNL
V
O2
= 0,21(-1)V
a

0,883
10
Lƣợng khí NOx trong
spc (xem nhƣ NO2 với
p NO2 = 2,054
kg/m3chuẩn
kg/h M
NOx
= 3,953.10
-8
.(B.Q
p
)

0,001

Thể tích khí O2 tham
gia vào phản ứng của
NOx
m
3
chuẩn/kgNL

V
O2(NOx)
= V
NOx

0,002
11
Lƣu lƣợng khói (spc)
ở điều kiện chuẩn
m
3
chuẩn/kgNL

V
spc
= (49)+11-12-13

12,858
12
Tải lƣợng khí SO2 với
pso2 = 2,926 kg/m3

0,973
14
Tải lƣợng khí CO2 với
pCO2 = 1,977 kg/m3
chuẩn
g/s

M
CO2
= 10
3
V
CO2
B
CO2
/3600

254,145
15
Lƣợng tro bụi với hệ
số tro bay theo khói: a
= 0,5
g/s

M
bui
= 10a.0,3BA
p
/3600


+ C
CO
.X
CO
+ C
NOx
.X
NOx
-
C
N2(NOx)
.X
N2(NOx)
C
O2(NOx)
.X
O2(NOx)

Trong đó:
- C
CO2
, C
N2
, C
O2
, C
H2O
, C
SO2
, C

của Hong Văn Chớc ta đợc cỏc thụng s ca cỏc khớ cú trong khúi thi
Da vo tớnh toỏn cỏc phn trờn ta tớnh c thnh phn % cỏc khớ cú trong
khúi thi ca lũ nung
Kt qu c th hin trong bng sau:
a/. V mựa ụng
Thnh phn ca khúi
V
m
3
chun/kgNL
Thnh phn %
ca cỏc khớ
C
0

J/kg.
O
2

0,870
6,940
918
N
2

8,732
69,658
1040
H
2

0,013
918
SPC
12,535
100
1357

b/. V mựa hố
Thnh phn ca khúi
V
m
3
chun/kgNL
Thnh phn %
ca cỏc khớ
C
0

J/kg.
O
2

0,883
6,867
918
N
2

8,869
68,972

1040
O2(NOx)
0,002
0,013
918
SPC
12,858
100
1526
N MễN HC:
BO V MễI TRNG KHễNG KH V X Lí KH THI
GVHD: NGUYN QUNH HNG
SVTH: NGUYN TH XUN MSSV: 6664.48 LP: 48DT
8
2.3. Phng trỡnh cõn bng nhit ca quỏ trỡnh sy
Phng trỡnh cõn bng nhit ca quỏ trỡnh sy:
Q
can
= Q
vao

Trong ú:
Q
can
: nhiet l-ợng cần thiết cho quá trình sấy, kJ/h
Q
can
= Q
1
+ Q

L
1
: Lu lng khúi t lũ nung sang lũ sy, m
3
/h
C
1000
: t nhit ca khúi, kJ/kg.
t
1000
= 1000
o
C: nhit khúi ca lũ nung sang lũ sy

2.3.1. Tính toán l-ợng nhiệt hữu ích của quá trình sấy
Nhiệt l-ợng hữu ích của quá trình sấy đ-ợc xác định theo công thức:
Q
1
= W.i
hn
, kJ/h
Trong đó:
- W: l-ợng ẩm bốc hơi trong quá trình sấy, W = 348 kg/h
- i
hn
: entanpi của hơi n-ớc ra khỏi lò sấy, i
hn
= r + C
hn
.t

38
t
N
) , kJ/h
- L
2
:l-ợng khói thải ra khỏi lò sấy , m
3
/h
- C
38
: tỉ nhiệt của khói khi ra khỏi lò sấy, kJ/kg.
o
C
- t
38
= 38
o
C: nhiệt độ của khói khi ra khỏi lò sấy,
o
C
- t
N
: nhit khụng khớ bờn ngoi,
o
C
Mựa ụng: Q
2
D
= 1,357.(38 16,7).L

N MễN HC:
BO V MễI TRNG KHễNG KH V X Lí KH THI
GVHD: NGUYN QUNH HNG
SVTH: NGUYN TH XUN MSSV: 6664.48 LP: 48DT
9
- C
gch
: nhit dung riờng ca gch sau khi sy, kJ/kg.
- t
gch
= 70
o
C : nhit ca gch mang ra lũ sy,
o
C
- t
N
: nhiệt độ ngoài của nhà máy,
o
C
Nhit dung riờng ca gch c xỏc nh theo cụng thc sau:
082,1
100
)5100.(919,0
100
5.187,4
)100(
10010
22


3
H
= 4374.1,082.(70 28,2) = 197826 kJ/h

2.3.4. Tớnh lng nhit do tn tht ra mụi trng xung quanh
Nhit lng tn tht ra mụi trng xung quanh c xỏc nh nh sau:
Q
4
= 10%(Q
1
+ Q
2
+ Q
3
)
V mựa ụng: Q
4
D
= 0,1.(Q
1
+ Q
2
+ Q
3
D
) = 0,1.( 1553124 + 28,9.L
2
+ 252251)
= 180537,5 + 2,89.L
2


Về mùa đông:
Q
can
D
= Q
1
+Q
2
+Q
3
D
+Q
4
D
= 1553124 + 28,9L
2
+ 252251 + 180537,5 + 2,89L
2

= 31,79L
2
+ 1985912,5 kJ/h
Về mùa hè:
Q
can
H
= Q
1
+ Q

= Q
can
D

31,79L
2
+ 1985912,5 = 1,357.1000L
1
(2)
Từ (1) và (2) ta có: L = L
1
= L
2
= 1499 m
3
/h
Về mùa hè:
Q
vao
= Q
can
D

16,445L
2
+ 1926045 = 1,526.1000.L
1
(3)
Từ (1) và (3) ta có: L = L
1

L
spc
C
m
3
/s
ĐỒ ÁN MÔN HỌC:
BẢO VỆ MÔI TRƢỜNG KHÔNG KHÍ VÀ XỬ LÝ KHÍ THẢI
GVHD: NGUYỄN QUỲNH HƢƠNG
SVTH: NGUYỄN THỊ XUÂN MSSV: 6664.48 LỚP: 48DT
10
VËy l-u l-îng th¶i cña èng khãi 2 tõ lß sÊy và l-u l-îng của khãi tõ lß nung thải từ lò
nung cả 2 mùa là:
 Mùa đông:
- Ống khói 1(từ lò sấy): L
ok1
= 1499 m
3
/h = 0,42 m
3
/s
L
c
ok1
= 0,42.(273+38)/273 = 0,47 m
3
/s
- Ống khói 2(từ lò nung): L
c
ok2

- Ống khói 2: L
c
ok2
= L
c
– L
c
ok1
= 1,24 – 0,35 = 0,89 m
3
/s
 L
t
ok2
= 0,89.(273+87)/273 = 1,17 m
3
/s

2.4. Tính toán lƣợng phát thải của từng ống khói của nhà máy
2.4.1. Tính toán lƣợng phát thải của ống khói 1 - từ lò sấy
a/. Về mùa đông
Bảng 2 – 3: bảng tính toán tải lƣợng phát thải của ống khói 1
Stt
Đại lƣợng tính
Đơn vị
tính
Công thức tính
Kết quả

1


C
CO
= M
CO
/Lt
2,317
2,070
Khí CO2
g/m
3

C
CO2
= M
CO2
/Lt
602,674
538,560
Khí NOx
g/m
3

C
NOx
= M
NOx
/Lt
0,768
0,686

t
= 0,4
2
Nồng độ phát thải các chất ô nhiễm trong khói

Khí SO2
g/m
3

C
SO2
= M
SO2
/L
t

9,906
8,668
Khí CO
g/m
3

C
CO
= M
CO
/Lt
2,780
2,433
Khí CO2

6,711
5,873
ĐỒ ÁN MÔN HỌC:
BẢO VỆ MÔI TRƢỜNG KHÔNG KHÍ VÀ XỬ LÝ KHÍ THẢI
GVHD: NGUYỄN QUỲNH HƢƠNG
SVTH: NGUYỄN THỊ XUÂN MSSV: 6664.48 LỚP: 48DT
11

2.4.2. Tính toán lƣợng phát thải từ ống khói 2 của nhà máy
a/. Về mùa đông
Bảng 2 – 5: Lƣợng phát thải của ống khói 2
Stt
Đại lƣợng tính
Đơn vị
tính
Công thức tính
Kết quả

1
Lƣu lƣợng khói (spc)
m
3
/s

L
c
= 0,79
L
t
= 1,04


C
CO2
= M
CO2
/Lt
320,409
284,408
Khí NOx
g/m
3

C
NOx
= M
NOx
/Lt
0,408
0,362
Bụi
g/m
3

C
Bụi
= M
Bụi
/Lt
2,973
2,639

C
SO2
= M
SO2
/L
t

3,831
2,865
Khí CO
g/m
3

C
CO
= M
CO
/Lt
1,075
0,804
Khí CO2
g/m
3

C
CO2
= M
CO2
/Lt
279,694

KÝ hiÖu
Đơn vị tính
mùa đông
mùa hè
TCVN - 2005
Khí SO2
C
SO2

mg/m
3
8255
9906
500
Khí CO
C
CO

mg/m
3

2317
2780
1000
Khí CO2
C
CO2

mg/m
3


Bảng 2 – 8: Nång ®é phát thải của ống khói 2
Nồng độ phát thải các chất ô nhiễm trong khói

KÝ hiÖu
Đơn vị tính
mùa đông
mùa hè
TCVN - 2005
Khí SO2
C
SO2

mg/m
3
4389
3831
500
Khí CO
C
CO

mg/m
3

1232
1075
1000
Khí CO2
C

GVHD: NGUYỄN QUỲNH HƢƠNG
SVTH: NGUYỄN THỊ XUÂN MSSV: 6664.48 LỚP: 48DT
13
Dựa vào bảng so sánh nồng độ phát thải của các chất khí thải ra ta thấy ngoài CO
2

không xét thì có khí NOx không phải xử lý trƣớc khi thải ra ngoài môi trƣờng.
Duy có nồng độ NOx trong mùa hè của ống khói 1 là vƣợt quá tiêu chuẩn nhƣng
không đáng kể nên ta không xét đến.

2
v bi. Tu theo cht ụ nhim
c x lý thỡ ta cú cỏc phng phỏp x lý khỏc nhau. S b ta chn phng phỏp
t x lý CO, hp th x lý SO
2
v lc bi x lý bi

3.2. Tớnh toỏn phng phỏp x lý CO
Khi t CO xy ra phn ng sau: 2CO + O
2
= CO
2

3.2.1. t CO cho ng khúi 1
a/. Tớnh toỏn lng O
2
cn thit t chỏy khớ CO
Theo tớnh toỏn trờn thỡ lng CO cn phi x lý ca ng khúi 1 c 2 mựa cho 1
m
3
th tớch khúi thi c ghi trong bng sau:
Mựa hố:
Cht ụ nhim
TCVN 5939 2005
mg/m
3

Nng
mg/m
3

H
= L
H
. m
H
= 0,35.1017 = 355,95 mg/s = 1,28 kg/h
Mùa đông:
Chất ô nhiễm
TCVN 5939
2005
mg/m
3

Nồng độ
mg/m
3

Cần xử lý
mg/m
3

CO
1000
2317
1317

L-ợng O
2
và không khí cần thiết để đốt cháy l-ợng CO tính cho 1 m
3

O2
.B.
O2
= 0,883.347.1,428 = 437,5 kg/h
Với
O2
= 1,428 kg/m
3
: khối l-ợng riêng của O
2

Ta nhận thấy l-ợng O
2
có sẵn trong khói thải lớn hơn nhiều so với l-ợng O
2
cần thiết
để đốt cháy CO có trong khói thải. Do đó không cần phải cung cấp thêm O
2
trong quá
trình đốt. Do vậy để đốt CO ta chỉ cần phảI cung cấp một l-ợng nhiên liệu đốt bổ
sung (nhiên liệu mồi).

N MễN HC:
BO V MễI TRNG KHễNG KH V X Lí KH THI
GVHD: NGUYN QUNH HNG
SVTH: NGUYN TH XUN MSSV: 6664.48 LP: 48DT
15
b/. Tính toán buồng đốt CO
Các thông số khi đốt cháy CO trong buồng đốt nh- sau:
+ Nhiệt độ đạt đ-ợc trong buồng đốt: 680 800

Để đảm bảo quá trình đốt CO không gây ô nhiễm ta dùng năng l-ợng điện để đốt. Khi
đó nhiệt trị cần để đốt l-ợng CO đ-ợc xác định theo công thức:
Q = M.C.(t
2
t
1
) kcal/h
Trong đó:
M = 1,28 kg/h: tải l-ợng CO cần đốt
C= 0,296 kcal/kg.độ: nhiệt dung riêng của CO
t
2
= 700
o
C: nhiệt độ cháy kiệt CO trong buồng đốt
t
1
= 120
o
C: nhiệt độ của khói thải vào buồng đốt
Khi đó: Q = 1,28.0,296.(700 120) = 219,75 kcal/h = 256 W
Nh- vậy để đốt l-ợng CO về tiêu chuẩn thải cần công suất điện bằng 256W
Sau buồng đốt CO nhiệt độ khói thải rất cao, do đó tr-ớc khi cho khói thải qua thiết bị
xử lý tiếp theo thì khói thải phải đ-ợc cho qua thiết bị làm mát để đ-a về nhiệt độ
thích hợp.

3.3. Tớnh toỏn xyclon m cho lũ sy
Khúi thi sau khi c dp ht CO cú nhit 700
o
C nờn trc khi a vo xyclon

1
= 30,4 m
3
/s
Vy lu lng hn hp khớ vo xyclon l: L = L
1
+ L
1
= 0,35 + 30,4 = 30,75 m
3
/s
Lu lng thc t ca hn hp khớ vo xyclon l:
ĐỒ ÁN MÔN HỌC:
BẢO VỆ MÔI TRƢỜNG KHÔNG KHÍ VÀ XỬ LÝ KHÍ THẢI
GVHD: NGUYỄN QUỲNH HƢƠNG
SVTH: NGUYỄN THỊ XUÂN MSSV: 6664.48 LỚP: 48DT
16
4,36
273
50273
.75,30
273
50273
.
1




 LL

F
D
m
Đối với xyclon chọn đƣờng kính đảm bảo D < 1,2 m để đảm bảo yêu cầu làm sạch
khí thảiChọn 4 xyclon mắc song song với đƣờng kính của mỗi xyclon là d = 1m
- Xác định kích thƣớc còn lại của xyclon:
+ Chiều cao phần trụ: H = 6,5.d = 6,5.1 = 6,5 m
+ Chiều cao côn: H
1
= 0,5.d = 0,5.1 = 0,5 m
+ Kích thƣớc của ống vào: đảm bảo tốc độ của không khí tại cửa vào 
1
= 20m/s
 Diện tích tiết diện ống vào:
91,0
20.2
4,36
2
1
1


t
L
f
m
2

 Chiều cao nạp: h = 0,8d = 0,8.1 = 0,8 m
 Bề rộng cửa nạp: b = f/h = 0,91/0,8 = 1,14 m

Nhận 0,2 l/m
3
không khí cần làm sạch
Khi đó lƣợng nƣớc cần thiết là: G
n
= 0,2.36,4 = 7,28 l/s
- Xác định hiệu suất lọc:
+ Đối với xyclon ẩm và tháp lọc ly tâm BTH, với d = 1m và tốc độ nạp khí tại
ống nạp vào thiết bị là 20 m/s, khối lƣợng riêng của bụi là 2 g/cm
3
thì hiệu suất
+ lọc bụi theo cỡ hạt bụi có giá trị nhƣ trong bảng 3.7 (HKC)

Kích thƣớc
hạt,m
< 0,5
0,510
1020
2030
3040
4050
5060
6070
>70
% theo khối
luợng
1
5
10
4





ii
c




Trong đó: 
i
: thành phần theo độ hạt, %

3.3.2. Về mùa đông
t
N
= 16,7
o
C

)42,0(
273
50273
50
273
7,16273
7,1642,0.
273
700273

50273
.
2




 LL
t
m
3
/s
- Xác định tiết diện ngang của xyclon:
+ Chọn tốc độ không khí chuyển động qua thân xyclon là:  = 4 m/s
+ Diện tích tiết diện ngang của xyclon đƣợc xác định theo công thức:

91,9
3
72,29
2
2


t
L
F
m
2

+ Đƣờng kính của xyclon:


t
L
f
m
2

 Chiều cao nạp: h = 0,8d = 0,8.0,9 = 0,72 m
 Bề rộng cửa nạp: b = f/h = 0,743/0,72 = 1,03 m
- Xác định trở lực qua xyclon:
Trở lực qua xyclon đƣợc xác định theo công thức:
k
g
P



2
2
1


Trong đó:  = 2,95 : hệ số sức cản ứng với d = 1m

37,1
273
7,16273
293,1 



hạt,m
< 0,5
0,510
1020
2030
3040
4050
5060
6070
>70
% theo khối
luợng
1
5
10
4
15
15
20
25
5
Hiệu suất lọc
bụi theo
đƣờng kính
hạt bụi,
i
0,71
0,83
0,89
0,92