Đang tải... (xem toàn văn)
Nhiệt lượng cần tiêu tốn để làm bay hơi 1 tấn nước ở 30C(xem nước bay hơi ở 100C)
Đồ án môn học xử lý chất thải-Xử lý khí thải nồi hơi đốt than THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ KHÍ THẢI NỒI HƠI CÔNG SUẤT 100M 3 HƠI/H SỬ DỤNG THAN ĐÁ Chương I:Yêu cầu thiết kế I.1.Số liệu đầu vào -Công suất nồi hơi:100 m 3 hơi/h -Nhiệt độ khí thải:150C [1] -Nồng độ SO 2 :500-1333 mg/m 3 -Nồng độ bụi:200-1500 mg/m 3 -Nồng độ CO:50-150 mg/m 3 -Lưu lượng khí thải đầu vào 273 273 ))1(( 20 t VVBV oo + −+= α ,m 3 /h Trong đó: B-lượng than đá đốt trong 1 giờ,kg/h 20 o V -khói sinh ra khi đốt 1 kg than,m 3 /kg lấy 20 o V =7,5 m 3 /kg -hệ số thừa không khí(=1,25-1,53) lấy =1,25 V o -lượng không khí cần để đốt 1 kg than,m 3 /kg lấy V o =7,1 m 3 /kg t-nhiệt độ khí thải,C lấy t=150C Nguồn[1] Tính toán lượng than đốt trong 1 giờ Nhiệt lượng cần tiêu tốn để làm bay hơi 1 tấn nước ở 30C(xem nước bay hơi ở 100C) Q=MC ∆ t,J Trong đó: C-nhiệt dung riêng của nước,J/kg.K M-khối lượng nước cần bay hơi,kg GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân 1 SVTH:Phạm Hồng Hải Đồ án môn học xử lý chất thải-Xử lý khí thải nồi hơi đốt than ∆ t-hiệu số giữa nhiệt độ cuối và đầu,C Q=1000*4200*(100-30)=294*10 6 J=294*10 3 =70237,47 kcal Than An-tra-xit có nhiệt lượng là 6810 kcal/kg(Nguồn[4]) lượng than đá cần dùng là m=Q/6810=70237,47/6810=10,314 kg/tấn hơi lượng than cần để bay hơi 100 tấn nước trong 1 giờ là:10,314*100=1031,4 kg/h Vậy B=1031,4 kg/h V=1031,4(7,5+(1,25-1)7,1) 273 150273 + =14822,4 m 3 /h=4,117 m 3 /s I.2.Số liệu đầu ra Khí thải sau khi xử lý cần đạt QCVN 19:2009/BTNMT_Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về khí thải công nghiệp đối với bụi và các chất vô cơ) Giá trị giới hạn ở cột A áp dụng cho các cơ sở đang hoạt động Giá trị giới hạn ở cột B áp dụng cho tất cả các cơ sở kể từ ngày cơ quan quản lý môi trường quy định. Được trích ở bảng sau: Chất ô nhiễm Nồng độ C (mg/Nm 3 ) A B Bụi 400 200 CO 1000 1000 SO 2 1500 500 NO x 1000 850 Nếu so với quy chuẩn khí thải sau xử lý đạt chất lượng loại B thì hàm lượng SO 2 và bụi vượt quá giới hạn cho phép nên cần xử lý hai thành phần này. I.3. Đề xuất và thuyết minh quy trình công nghệ I.3.1. Đề xuất quy trình công nghệ xử lý Xử lý bụi Các loại than đá được sử dụng ở TP.Hồ Chí Minh đa số là than An-tra-xit.Các kết quả nghiên cứu đã cho thấy tỷ lệ phân bố các loại hạt bụi ở các đường kính trung bình trong khí thải nồi hơi đốt than như sau: D tb (m) 0-10 10-20 20-30 30-40 40-50 50-60 60-86 86-100 >100 % 3 3 4 3 4 3 7 6 67 GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân 2 SVTH:Phạm Hồng Hải Đồ án môn học xử lý chất thải-Xử lý khí thải nồi hơi đốt than (Nguồn[1]) Với kết quả nghiên cứu trên kết hợp với bảng sau: Bảng:Các thông số đặc trưng của thiết bị thu hồi bụi khô STT Dạng thiết bị Năng suất tối đa(m 3 /h) Hiệu quả xử lý Trở lực(Pa) Giới hạn nhiệt độ(C) 1 Buồng lắng Không giới hạn (>50m)80- 90% 50-130 350-550 2 Xiclon 85000 (10m)50- 80% 250-1500 350-550 3 Thiết bị gió xoáy 30000 (2m)90% đến 2000 đến 250 4 Xiclon tổ hợp 170000 (5m)90% 750-1500 350-450 5 Thiết bị lắng quán tính 127500 (2m)90% 750-1500 đến 400 6 Thiết bị thu hồi bụi động 42500 (2m)90% đến 400 (Nguồn[2]) ta sử dụng buồng lắng bụi để lắng các hạt bụi có kích thước >100 m,sau đó dòng khí được dẫn qua xiclon để xử lý tiếp các hạt nhỏ hơn. Xử lý SO 2 Trong các thiết bị dùng cho phương pháp hấp thụ thì dung dịch hấp thụ được sử dụng có thể là nước hoặc dung dịch hoá học như dung dịch kiềm,dung dịch sữa vôi…nếu dùng dung dịch hoá học thì hiệu suất hấp thụ các chất ô nhiễm sẽ cao nhưng đắt tiền.Dùng nước thì rẻ tiền và anh toàn cho thiết bị nhưng hiệu suất hấp thụ các chất ô nhiễm dạng khí sẽ kém hiệu quả hơn. Do dòng khí thải chứa thành phần ô nhiễm chính là SO 2 nên dung dịch hấp thụ được chọn là dung dịch Ca(OH) 2 vì các ưu điểm sau: -Chất thải thứ cấp của nó được đưa về dạng thạch cao không gây ô nhiễm thứ cấp cho nguồn nước và có thể tách ra khỏi nước đem chôn lấp an toàn -Là loại dung dịch rẻ tiền,dễ kiếm GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân 3 SVTH:Phạm Hồng Hải Đồ án môn học xử lý chất thải-Xử lý khí thải nồi hơi đốt than -Tính ăn mòn thiết bị yếu,ít gây nguy hại cho thiết bị xử lý -Dung dịch này ngoài nhiệm vụ hấp thụ SO 2 còn có tác dụng làm nguội khí thải đáp ứng tiêu chuẩn về nhiệt độ khí thải đầu ra của ống khói Tháp hấp thụ được chọn là tháp đệm vì dòng khí có chứa bụi và tạo được bề mặt tiếp xúc lớn nên tháp sẽ có kích thước nhỏ,kinh tế hơn.Vật liệu đệm là vòng sứ với ưu điểm là chịu được môi trường ăn mòn tốt và chịu được nhiệt độ cao,ngoài ra còn có tác dụng kết dính bụi trong khí thải vào dung dịch hấp thụ sau đó được tách ra ở dạng cặn trong bể lắng. I.3.2.Thuyết minh quy trình công nghệ Sơ đồ xử lý khí thải nồi hơi đốt than đề xuất như sau: Khí thải sau khi được thu gom bằng chụp hút sẽ được dẫn qua buồng lắng để thu hồi bụi có kích thước lớn.Dòng khí sau khi qua buồng lắng sẽ được dẫn qua xiclon thu hồi bụi có kích thước nhỏ hơn.Dòng khí sau khi qua xiclon sẽ được dẫn vào GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân 4 SVTH:Phạm Hồng Hải Bể trộn dung dịch sữa vôi Bể lắng Tháp hấp thụ Buồng lắng Xiclon Ống khói Nước thải một phần thải bỏ Dd Ca(OH) 2 mới Cặn Môi trường Khí thải Nước thải Bụi Bụi Nước bổ sung Khí thải Ca(OH) 2 Nước thải tuần hoàn Đồ án môn học xử lý chất thải-Xử lý khí thải nồi hơi đốt than tháp hấp thụ.Khí thải được đưa vào tháp từ dưới lên,dung dịch hấp thụ được đưa lên trên thân trụ và được đĩa phân phối đều lên lớp vật liệu đệm.Dòng khí đi từ dưới lên,dòng lỏng từ trên xuống qua lớp đệm cả hai tiếp xúc nhau và xảy ra quá trình hấp thụ.Dung dịch SO 2 lắng xuống đáy tháp và được đưa đến bể xử lý.Khí ra ở đỉnh tháp được thải ra ngoài qua ống khói cao. Dung dịch sau khi qua tháp hấp thụ được sử dụng tuần hoàn.Theo thời gian,dung dịch giảm dần pH và chứa nhiều cặn.Nước thải này được dẫn đến bể lắng để tách bụi và các tinh thể thạch anh.Sau đó được dẫn đến bể trộn dung dịch sữa vôi.Khi bổ sung dung dịch mới,một lượng dung dịch cũ sẽ được thải bỏ.Dung dịch mới lại được bơm vào tháp. Chương II:Tính toán và thiết kế II.1.Tính toán và thiết kế buồng lắng bụi -Diện tích mặt cắt ngang của buồng lắng F=BH=V/u,m 2 Trong đó: u-tốc độ dòng khí đi qua thiết bị,m/s B-chiều rộng buồng lắng,m H-chiều cao buồng lắng,m V-lưu lượng khí đi qua buồng lắng,m 3 /s -Lưu lượng khí thải: 4,14822 273 150273 )1,7)125,1(5,7(4,1031 = + −+= V m 3 /h=4,117 m 3 /s -Thông thường,vận tốc tối đa của dòng khí trong buồng lắng bụi là u=3m/s,nhưng được áp dụng phổ biến nhất và đảm bảo nhất là u=0,3m/s Suy ra f=BH=4,117/0,3=13,72m 2 -Chiều rộng,chiều dài và chiều cao buồng lắng Sau khi xác định tiết diện ngang f ta tự chọn chiều rộng buồng lắng B thì tìm được chiều cao buồng lắng H và ngược lại. -Thời gian lưu của dòng khí l =l/u,s GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân 5 SVTH:Phạm Hồng Hải Đồ án môn học xử lý chất thải-Xử lý khí thải nồi hơi đốt than Trong đó: l -thời gian lưu,s l-chiều dài buồng lắng,m u-vận tốc dòng khí qua buồng lắng,m/s -Thời gian lắng của bụi o =H/ o ,s Trong đó: o -thời gian lắng,s H-chiều cao buồng lắng,m o -tốc độ lắng,m/s Muốn thiết bị lắng thực hiện quá trình phân riêng được tốt,thì điều kiện cần thiết là: l o do đó:HL o /u Ta có: b =1600 kg/m 3 (Nguồn[3]) Khối lượng riêng của khí: k =1.293 834,0 150273 273 293,1 273 273 = + = + t kg/m 3 Trong đó: 1,293-khối lượng riêng khí ở 0C và 760 mmHg,kg/m 3 t-nhiệt độ khí thải,C -Vận tốc lắng của bụi: o = µ ρρ 18 )( 2 gd kb − Trong đó: b -khối lượng riêng của bụi,kg/m 3 -khối lượng riêng của khí,kg/m 3 g-gia tốc trọng trường,m/s 2 d-đường kính hạt bụi,m -độ nhớt động học của khí,Pa.s 2 3 273 273 + + = T CT C o µµ Trong đó: o -độ nhớt khí ở 0C,Pa.s C-hằng số trong phương trình độ nhớt GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân 6 SVTH:Phạm Hồng Hải Đồ án môn học xử lý chất thải-Xử lý khí thải nồi hơi đốt than T-nhiệt độ khí thải,K = 2 3 6 273 150273 124)150273( 124273 10*3,17 + ++ + − =24,217*10 -6 Pa.s Vậy o = 09,0 10*217,24*18 )10*50(*81,9*)834,01600( 6 26 = − − − m/s Kiểm tra Re Re= ⇒<== − − 2,0155,0 10*217,24 10*50*09,0*834,0 6 6 µ ωρ d ok chế độ lắng dòng C d =24/Re=24/0,155=154,84 Tính lại vận tốc lắng o = 0899,0 84,154*834,0*3 )834,01600(*10*50*81,9*4 3 )(4 6 = − = − − dk kb C gd ρ ρρ m/s Vậy o =0,09 m/s -Bề mặt lắng cần thiết Bl=V/ o =4,117/0,09=45,74 m 2 Tóm lại ta được: H0,3l Bl=45,74 m 2 BH=13,72 m 2 Chọn B=6 ml=7,6 m;H=2,28 m Kiểm tra:0,3l=2,28 m=Hthỏa -Bề mặt lắng cần thiết F=V/ o =4,117/0,09=45,74 m 2 -Thời gian lắng của hạt bụi,thời gian lưu của khí -Thời gian lắng của hạt bụi o =H/ o =2,28/0,09=25,33 s -Thời gian lưu l =l/u=7,6/0,3=25,33 s -Thể tích làm việc của buồng lắng bụi GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân 7 SVTH:Phạm Hồng Hải Đồ án môn học xử lý chất thải-Xử lý khí thải nồi hơi đốt than V lv =V o =4,117*25,33=104,28 m 3 II.2.Tính toán và thiết kế xiclon -Khối lượng riêng khí =0,834 kg/m 3 -Lưu lượng dòng hỗn hợp V s =4,117 m 3 /s -Chọn xiclon của viện NIOGAS (theo Bảng 4.1 Quy chuẩn xiclon(ở Liên Xô cũ) sách Quá trình và thiết bị công nghệ hoá học&thực phẩm_Nguyễn Văn Lụa,trang 188) Cho trước ∆ P/=740 và hệ số trở lực ξ =160 -Tính sơ bộ tốc độ quy ước ' q V 04,3 160 740*22 ' == ∆ = ξρ P V q m/s -Đường kính sơ bộ của xiclon 31,1 04,3*14,3 117,4*44 ' ' === q s V V D π m -Điều chỉnh tốc độ quy ước,theo tiêu chuẩn D ’ =1,31 mD=1,5 m 33.2 5,1*14,3 117,4*44 22 === D V V s q π m -Trở lực của xiclon: -Các kích thước của xiclon • Đường kính D=1,5 m • Chiều rộng cửa vào b=0,21D=0,315 m • Chiều cao cửa vào h=0,66D=0,99 m • Đường kính ống tâm d o =0,58D=0,87 m • Chiều cao phần trụ H 1 =1,6D=2,4 m GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân 8 SVTH:Phạm Hồng Hải 22,362 2 33,2*834,0 160 2 2 2 ===∆ q V P ρ ξ Đồ án môn học xử lý chất thải-Xử lý khí thải nồi hơi đốt than • Chiều cao phần nón H 2 =2D=3 m II.3.Tính toán và thiết kế tháp hấp thụ II.3.1.Xác định các dòng vật chất G d ,G c -suất lượng hỗn hợp khí đầu vào và ra,kmol/h L d ,L c -suất lượng Ca(OH) 2 đầu vào và ra,kmol/h L tr ,G tr -suất lượng mol của cấu tử trơ trong pha lỏng và khí,kmol/h x d ,x c -phần mol của SO 2 trong pha lỏng vào và ra,kmol SO 2 /kmol dd y d ,y c -phần mol của SO 2 trong pha khí vào và ra,kmol SO 2 /kmol hh X d ,X c -tỉ số mol của SO 2 trong pha lỏng vào và ra,kmol SO 2 /kmol dd Y d ,Y c -tỉ số mol của SO 2 trong pha khí vào và ra,kmol SO 2 /kmol hh Ta có G d =V hh Trong đó: V-thể tích hỗn hợp khí,m 3 /s hh -khối lượng riêng hỗn hợp khí,kg/m 3 hh = ( ) trtrSOSO o o o otrtr o oSOSO trSO PMPM TP T TP TPM TP TPM +=+=+ 22 22 2 4,224,224,22 ρρ Trong đó: T o -nhiệt độ pha khí ở điều kiện chuẩn,K T-nhiệt độ pha khí ở điều kiện đang xét,K 2 SO M , tr M -khối lượng phân tử SO 2 và không khí 2 SO P -áp suất riêng phần của SO 2 trong 1m 3 hỗn hợp khí,mmHg 1000 )273( 273 4,22 2 2 + = tn P SO SO Trong đó: 021,064/333,1/ 2 === MVn SO mol Suy ra: 4 10*289,7 1000 )273150( 273 4,22 021,0 2 − = + = SO P at =0,547 mmHg P tr -áp suất riêng phần của khí trơ,mmHg P o -áp suất của hỗn hợp khí ở điều kiện chuẩn,mmHg 453,759547,0760 2 =−=−= SOotr PPP mmHg GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân 9 SVTH:Phạm Hồng Hải Đồ án môn học xử lý chất thải-Xử lý khí thải nồi hơi đốt than 836,0)453,759*29547,0*64( 760)273150(4,22 273 =+ + = hh ρ kg/m 3 Vậy lưu lượng khí đầu vào G d =V hh =4,117*0,8396=3,442 kg/s Nồng độ khí ban đầu C k = 0288,0 )150273(082,0 1 = + = RT P kmol/m 3 =28,8 mol/m 3 Nồng độ phần mol của SO 2 trong hỗn hợp khí đầu vào y d =0,021/28,8=0,729*10 -3 mol SO 2 /mol hh Tỉ số mol SO 2 trong hỗn hợp khí đầu vào Y d =y d /(1-y d )=0,729*10 -3 /(1-0,729*10 -3 )=0,73*10 -3 mol SO 2 /mol hh Giả sử ban đầu dung dịch là sạch nên X d =0 SO 2 đầu ra đạt tiêu chuẩn loại B(0,5g/m 3 ) nồng độ SO 2 đầu ra n=0,5/64=7,8125*10 -3 mol/m 3 Nồng độ phần mol SO 2 trong hỗn hợp khí đầu ra y c =7,8125*10 -3 /28,8=0,2713*10 -3 mol SO 2 /mol hh Tỉ số mol của SO 2 trong hỗn hợp khí đầu ra Y c =y c /(1-y c )=0,2713*10 -3 /(1-0,2713*10 -3 )=0,27137*10 -3 mol SO 2 /mol hh II.3.2.Xác định suất lượng pha lỏng cho quá trình hấp thụ, đường làm việc, đường cân bằng Phương trình đường cân bằng T TSOP 1960 10*24,2)log(87,158,3log 2 2 * SO 2 −++= − Trong đó: T-nhiệt độ làm việc của tháp,K tối ưu là T=40+273=313K * 2 SO P -áp suất riêng phần của khí SO 2 khi cân bằng,Pa (SO 2 )-nồng độ SO 2 cân bằng,mol/m 3 )273(4,22 273))1(( 2 t MyMy kktbSOtb tb yhhkhi + −+ == ρρ GVHD:PGS.TS Nguyễn Phước Dân 10 SVTH:Phạm Hồng Hải [...]...Đồ án môn học xử lý chất thải -Xử lý khí thải nồi hơi đốt than với ytb = yd + yc (0,729 + 0,2713)10−3 = = 0,5 *10−3 mol SO2/mol hhkhi 2 2 (0,5 * 10 −3 * 64 + (1 − 0,2289 * 10−3 ) 29) 273 = 0,8358 kg/m3 22,4(273 + 150) ρ tb = y M hhkhi =... 0,1735 0,4338 0,6941 0,9544 1,2147 1,4750 1,7353 1,9956 2,2559 2,5162 * PSO2 (Pa) SO2/mol hhkhi) 0,0108 0,0601 0,1447 0,2626 0,4122 0,5928 0,8035 1,0437 1,3130 1,6109 Gtr (Yd − Yc ) L Với Gtr=Ghh(1-yd) Suất lượng mol hỗn hợp đi vào tháp là Ghh = VP 14822,4 * 1 = = 427,3309 RT 0,082(273 + 150) kmol/h Gọi nồng độ SO2 lớn nhất trong dung dịch ra khỏi tháp theo tỉ số mol là Xcmax Xcmax là giao điểm giữa . loại B thì hàm lượng SO 2 và bụi vượt quá giới hạn cho phép nên cần xử lý hai thành phần này. I.3. Đề xuất và thuyết minh quy trình công nghệ I.3.1. Đề. vật liệu đệm.Dòng khí đi từ dưới lên,dòng lỏng từ trên xuống qua lớp đệm cả hai tiếp xúc nhau và xảy ra quá trình hấp thụ.Dung dịch SO 2 lắng xuống đáy