MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Đặt vấn đề: Mục tiêu đề tài: Đối tƣợng, phạm vi địa điểm nghiên cứu: CHƢƠNG TỔNG QUAN 1.1 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT GANG THÉP: 1.1.1 Giới thiệu chung ngành gang thép: 1.1.2 Công nghệ luyện thép lò hồ quang điện: 1.2 Ô NHIỄM MÔI TRƢỜNG KHƠNG KHÍ TỪ NGÀNH LUYỆN THÉP: 1.3 PHƢƠNG PHÁP XỬ LÝ KHÍ THẢI TỪ NGÀNH LUYỆN THÉP: 1.3.1 Xử lý bụi: 1.3.2 Xử lý khí CO: 14 CHƢƠNG HIỆN TRẠNG SẢN XUẤT VÀ MÔI TRƢỜNG CỦA NHÀ MÁY LUYỆN THÉP NGHI SƠN 16 2.1 CHỦ ĐẦU TƢ DỰ ÁN: 16 2.2 ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN VÀ XÃ HỘI CỦA NHÀ MÁY LUYỆN THÉP NGHI SƠN: 16 2.3 HẠ TẦNG KỸ THUẬT – GIAO THÔNG: 18 2.4 CÁC VẤN ĐỀ VỀ MÔI TRƢỜNG: 19 2.4.1 Bụi khí thải: 19 2.4.2 Nƣớc thải: 19 2.4.3 Môi trƣờng đất: 20 2.4.4 Tiếng ồn: 20 2.5 QUY TRÌNH SẢN XUẤT THÉP TỪ LÒ HỒ QUANG: 20 2.5.1 Ô nhiễm nhiệt: 20 2.5.2 Sản phẩm sản xuất: 20 2.5.3 Sơ đồ sản xuất thép: 21 2.5.4 Lƣu lƣợng nồng độ khí thải từ lò luyện hồ quang: 22 2.5.5 Cơ sở tính tốn hệ thống xử lý khí thải từ lò luyện hồ quang: 23 2.5.6 Xác định nồng độ lƣu lƣợng khí thải: 24 CHƢƠNG LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ, TÍNH TỐN THIẾT KẾ 25 3.1 XÁC ĐỊNH NỒNG ĐỘ VÀ LƢU LƢỢNG KHÍ THẢI: 25 3.1.1 Thông số đầu vào: 25 3.1.2 Thông số đầu ra: 25 3.1.3 Lựa chọn công nghệ: 27 3.2.1 Chụp hút: 32 3.2.2 Cyclone: 32 3.2.3 Thiết bị lọc túi vải: 38 3.2.4 Tính tổn thất áp lực đƣờng ống: 43 3.2.5 Chọn quạt: 47 3.2.6 Ống khói: 47 3.2.7 Khai toán kinh phí: 48 3.3 VẬN HÀNH HỆ THỐNG XỬ LÝ KHÍ THẢI 53 3.3.1 Sơ đồ nguyên lý hoạt động: 53 3.3.2 Nguyên lý vận hành: 53 3.3.3 Vận hành hệ thống: 53 KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO 56 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Các thông số đặc trƣng số thiết bị thu hồi bụi khô Bảng 1.2 Vận tốc cực đại cho phép dòng khí Bảng 1.3 Hiệu làm bụi buồng lắng bụi nhiều ngăn ứng với kích thƣớc hạt khác Bảng 1.4 Các loại lọc bụi 10 Bảng 1.5 Hiệu suất lọc vải lọc 12 Bảng 2.1 Lƣợng khí bụi từ lò điện luyện thép với dung tích lò khác 23 Bảng 3.1 Giá trị C thông số làm sở để tính nồng độ tối đa cho phép khí thải cơng nghiệp sản xuất thép 25 Bảng 3.2 Hệ số lƣu lƣợng nguồn thải Kp tính theo ống khói 26 Bảng 3.3 Hệ số khu vực, vùng Kv .26 Bảng 3.4 Kết tính toán hiệu lọc theo cỡ hạt bụi .35 Bảng 3.5 Tính tốn giá thành đƣờng ống 49 Bảng 3.6 Bảng thống kê làm xyclon .50 Bảng 3.7 Bảng thống kê vật liệu làm túi vải 51 Bảng 3.8 Bảng thống kê vật liệu làm ống khói 52 Bảng 3.9 Bảng thống kê thiết bị khác .52 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Cân đối vào-ra vật liệu/năng lƣợng sản xuất thép lò điện hồ quang Hình 1.2 Buồng lắng bụi Hình 1.3 Nguyên lý hoạt động xyclon Hình 1.4 Xyclon chùm .9 Hình 1.5 Thiết bị lọc túi vải 11 Hình 1.6 Sơ đồ nguyên lý thiết bị lọc bụi tĩnh điện 13 Hình 2.1 Vị trí Nhà máy luyện thép Nghi Sơn 16 Hình 2.2 Quy trình sản xuất thép lò điện hồ quang 22 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT BTNMT: Bộ Tài Nguyên Môi trƣờng KCN: khu công nghiệp KKT: khu kinh tế QCVN: quy chuẩn Việt Nam Đồ án tốt nghiệp Tính tốn, thiết kế hệ thống xử lý khí thải nhà máy luyện thép Nghi Sơn, cơng suất luyện 40 phôi thép/mẻ MỞ ĐẦU Đặt vấn đề: Trong năm gần đây, phủ nhận đƣợc phát triễn vƣợt bậc kinh tế nhƣ khoa học kỹ thuật giới Nền cơng nghiệp giới đạt đến trình độ kỹ thuật cao, với nhiều thành tựu đáng ghi nhận Cùng với phát triễn ấy, mức sống ngƣời đƣợc nâng cao nhu cầu ngƣời thay đổi Tuy nhiên, hệ phát triễn loạt vấn đề mơi trƣờng nhƣ trái đất nóng lên, nhiễm khơng khí, nhiễm nguồn nƣớc, mực nƣớc biển dâng hay biến đổi khí hậu… Trƣớc thực trạng ngƣời có ý thức bảo vệ mơi trƣờng, ý thức mối quan hệ phát triễn kinh tế bảo vệ môi trƣờng Ngày nay, ô nhiễm khơng khí mối quan tâm Việt Nam nhƣ tồn giới Khi tốc độ thị hóa ngày tăng số lƣợng khu cơng nghiệp, khu chế xuất ngày tăng làm ô nhiễm mơi trƣờng khơng khí Vì vậy, việc xử lý bụi khí thải q trình sản xuất điều tất yếu phải có khu cơng nghiệp, nhà máy để bảo vệ mơi trƣờng khơng khí Với định hƣớng phát triển Chính phủ ngành cơng nghiệp sản xuất thép ln đóng vai trò quan trọng hoạt động kinh tế quốc gia Thép vật tƣ chiến lƣợc thiếu ngành cơng nghiệp, xây dựng quốc phòng Ngành sản xuất thép có vai trò quan trọng nghiệp đại hóa, cơng nghiệp hóa đất nƣớc Theo nghị định 108/2006/NĐ-CP ngày 22/9/2006 Chính phủ quy định chi tiết hƣớng dẫn thi hành số điều Luật đầu tƣ quy định: sản xuất thép cao cấp, hợp kim, kim loại đặc biệt, sắt xốp, phôi thép danh mục lĩnh vực đặc biệt ƣu đãi đầu tƣ theo quy hoạch phát triển ngành thép giai đoạn 2007-2015 có xét đến năm 2025 Thủ Tƣớng Chính phủ Quyết định số 145/2007/QĐ-TTg cho thấy khả tự chủ sản xuất nƣớc tăng lên theo thời kỳ, giảm bớt tỷ lệ nhập thép thành phẩm phôi thép Sau xem xét, đánh giá nhu cầu tiêu thụ sản phẩm, lợi ích việc xây dựng nhà máy mang lại, việc xây dựng Nhà máy luyện thép Nghi Sơn cần thiết Với mong muốn môi trƣờng sống ngày đƣợc cải thiện, hạn chế phát thải khí nhiễm vào mơi trƣờng, đề tài “Tính tốn, thiết kế hệ thống xử lý khí thải nhà máy luyện thép Nghi Sơn” cần thiết việc hạn chế tác nhân gây ô nhiễm khơng khí làm ảnh hƣởng đến sức khỏe ngƣời môi trƣờng Mục tiêu đề tài: Dựa vào lƣu lƣợng, thành phần, tính chất khí thải lựa chọn cơng nghệ, tính tốn thiết kế hệ thống xử lý khí thải cho nhà máy luyện thép Nghi Sơn nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trƣờng khí thải gây ra, đạt quy chuẩn QCVN 51:2013/BTNMT trƣớc thải nguồn tiếp nhận để bảo vệ môi trƣờng sinh thái sức khỏe cộng đồng Đối tƣợng, phạm vi địa điểm nghiên cứu: Đối tƣợng nghiên cứu khí thải phát sinh từ lò điện hồ quang Phạm vi nghiên cứu: nhà máy luyện thép Nghi Sơn Giới hạn việc tính tốn hệ thống xử lý khí thải phát sinh từ lò điện hồ quang SVTH: Nguyễn Thị Bích Tiền GVHD: PGS.TS Nguyễn Đinh Tuấn Đồ án tốt nghiệp Tính tốn, thiết kế hệ thống xử lý khí thải nhà máy luyện thép Nghi Sơn, công suất luyện 40 phôi thép/mẻ CHƢƠNG TỔNG QUAN 1.1 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT GANG THÉP: 1.1.1 Giới thiệu chung ngành gang thép: Gang thép giữ vai trò quan trọng q trình phát triển văn minh nhân loại qua nhiều thiên niên kỷ chúng đƣợc sử dụng rộng rãi ngành nông nghiệp, xây dựng, sản xuất phân phối lƣợng, chế tạo máy móc thiết bị, sản xuất hàng gia dụng y học, an ninh quốc phòng … Theo nghiên cứu thị trƣờng, thép mặt hàng có nhu cầu ngày tăng yếu tố chủ chốt hầu hết ngành công nghiệp Trong vài năm trở lại đây, nhu cầu thép giới không ngừng tăng cao với phát triển kinh tế Để đáp ứng đƣợc nhu cầu thị trƣờng, sản lƣợng thép giới tăng trƣởng liên tục Một số điểm coi thuận lợi cho ngành thép Việt Nam là: có thị trƣờng tiêu thụ nội địa phát triển có nguồn tài ngun quặng sắt Vì vậy, trình mở cửa hội nhập tiếp thu học ngành thép nƣớc (nhất Thái Lan), có sách thích hợp thu hút huy động đƣợc đầu tƣ nƣớc vào ngành thép ngành thép Việt Nam phát triển cao so với Các nhà máy sản xuất thép nƣớc ta tập trung chủ yếu Miền Bắc Miền Nam Ở Miền Bắc tỉnh Thái Nguyên, Hải Phòng, Hƣng Yên, Bắc Ninh Ở Miền Nam thành phố Hồ Chí Minh, Đồng Nai Bà Rịa-Vũng Tàu Trong tƣơng lai, số nhà máy luyện kim liên hợp đƣợc xây dựng Miền Trung nhƣ nhà máy luyện kim liên hợp 4,5 triệu tấn/năm Hà Tĩnh Hiện nay, giới thép đƣợc sản xuất hai công nghệ : Cơng nghệ lò cao - lò chuyển thổi ôxy - đúc liên tục Công nghệ lò điện hồ quang - đúc liên tục Ngồi hai cơng nghệ nêu trên, có hai cơng nghệ phát triển là: Hồn ngun nấu chảy - luyện thép lò chuyển – đúc liên tục Hoàn nguyên trực tiếp - luyện thép lò điện – đúc liên tục 1.1.2 Cơng nghệ luyện thép lò hồ quang điện: Lò hồ quang loại lò mà nhiệt nung chảy kim loại đƣợc tạo phóng điện hai điện cực Nhiệt độ bên lò hồ quang lên tới 2000oC, nên tạo điều kiện hòa tan hợp kim thép thỏa mãn đầy đủ yêu cầu phản ứng luyện kim (oxy hóa, khử) tạo điều kiện tăng tốc độ phản ứng hóa học, thúc đẩy trình oxy hóa hồn ngun xảy nhanh chóng triệt để Theo cấu tạo ứng dụng, lò hồ quang đƣợc chia làm ba loại: lò hồ quang trực tiếp, lò hồ quang gián tiếp lò hồ quang phủ kín Trong đó, lò hồ quang trực tiếp đƣợc sử dụng phổ biến giới nhƣ Việt Nam để nấu luyện thép loại SVTH: Nguyễn Thị Bích Tiền GVHD: PGS.TS Nguyễn Đinh Tuấn Đồ án tốt nghiệp Tính tốn, thiết kế hệ thống xử lý khí thải nhà máy luyện thép Nghi Sơn, công suất luyện 40 phôi thép/mẻ Trên giới, lò điện đƣợc xây dựng Pháp vào năm 1889 với dung lƣợng tấn/mẻ để nấu luyện thép hợp kim Đến năm 1990, Mỹ sử dụng lò điện hồ quang với dung lƣợng 10-20 tấn/mẻ để luyện thép Cacbon thép hợp kim Sau chiến tranh giới thứ hai, lò hồ quang điện đƣợc sử dụng rộng rãi khắp giới Ở Việt Nam, đƣợc đƣợc sử dụng hầu hết công ty gang thép với quy mô công nghiệp nhƣ: nhà máy luyện thép Lƣu Xá (công ty gang thép Thái Nguyên), nhà máy luyện thép Biên Hòa (công ty thép Miền Nam), nhà máy luyện thép Thủ Đức (cơng ty thép Miền Nam)… Một lò điện hồ quang luyện thép đƣợc bao bọc lớp tƣờng xây vật liệu chịu lửa phần lớn kích thƣớc giành cho phận làm mát nƣớc Nắp lò có gắn điện cực than mà nâng lên hạ xuống Vật liệu dùng làm điện cực thƣờng là: than chì, than vơ định hình, điện cực tự thiêu kết Điện cực phần lớn có dạng tiết diện tròn thƣờng chúng có dạng đoạn đoạn đƣợc gắn kết với vật liệu bọc điện cực, hoạt động điện cực bị mòn dần ta phải thay dần chúng trình hoạt động Hồ quang vật liệu mang diện điện cực sinh nhiệt làm nóng chảy thép Trong q trình hoạt động điện cực đƣợc tự động nâng lên hạ xuống phận định vị, thông qua cấu nâng sử dụng điện hay xilanh thủy lực Ngoài có hệ thống kiểm sốt dòng diện vào lò trì mức gần nhƣ khơng đổi suốt trình chảy kim loại kể dòng chạy qua khối liệu nấu lò Bộ phận nắm giữ điện cực đƣợc làm mát ống đồng (Cu) bên có nƣớc Hệ thống ống nƣớc làm mát đƣợc đặt với hệ thống điện từ máy biến áp đặt kề cạnh lò Để bảo vệ máy biến áp khỏi nhiệt độ lò phát ngƣời ta lắp đặt hộp kín Vật liệu chịu lửa khơng đƣợc dùng để xây nắp lò mà nắp lò số phận khác đƣợc làm mát nƣớc Đáy lò đƣợc xây gạch chịu lửa vật liệu chịu lửa dạng hạt, lò đƣợc xây phẳng q trình hoạt động thép lỏng đƣợc rót từ lò thơng qua cấu vận chuyển Bộ phận dùng đề rót thép lỏng gọi cửa rót Trƣớc số kiểu lò cũ sử dụng gầu rót gạch chịu nhiệt nên rót phải nghiêng lò, cửa rót đƣợc thiết kế đáy giúp cho việc thực phản ứng hoàn nguyên nitơ tháo xỉ đƣợc dễ dàng Một số kiểu lò sử dụng hai vỏ, vỏ diện cực: lớp thứ có nhiệm vụ nung nóng ban đầu phơi liệu, lớp thứ hai dƣới có nhiệm vụ nung chảy phần vật liệu chảy lỏng xuống Sản xuất thép lò điện hồ quang bao gồm khâu chuẩn bị liệu, nạp liệu, nấu luyện, thép xỉ, tinh luyện, thu gom xỉ đúc liên tục  Ƣu điểm lò luyện hồ quang: Trong q trình nấu thép lò quang điện, dễ dàng nâng nhiệt độ điều chỉnh xác thành phần hóa học thép Lò hồ quang điện thuận lợi kinh tế với loại thép kỹ thuật cao, đơn giản, độc lập với xƣởng đúc, xƣởng luyện gang thép khác Ngun liệu cơng nghệ luyện thép hồ quang điện sắt thép phế liệu, có khả tái sử dụng, tái chế cao, góp phần bảo vệ tài nguyên thiên nhiên môi trƣờng SVTH: Nguyễn Thị Bích Tiền GVHD: PGS.TS Nguyễn Đinh Tuấn Đồ án tốt nghiệp Tính tốn, thiết kế hệ thống xử lý khí thải nhà máy luyện thép Nghi Sơn, cơng suất luyện 40 phôi thép/mẻ Cùng sản lƣợng, vốn đầu tƣ cho lò hồ quang rẻ lò mactanh hai lần  Nhƣợc điểm lò luyện hồ quang: Tiêu hao lƣợng lớn điện  Thành phần khí thải từ lò luyện hồ quang: Khí thải lò điện hồ quang có dải thành phần rộng, gồm thành phần nhƣ bụi, kim loại nặng, SO2, NOx, CO2, chất hữu bay hơi, thành phần lƣợng chất hữu bay đặc biệt quan trọng Theo số liệu tổng hợp Viện Sắt Thép quốc tế Bỉ (1997), để sản xuất thép thơ lò hồ quang điện cần số nguyên nhiên liệu gồm 1130kg vụn sắt, 10kg hợp kim 40kg chất phụ gia Thành phần lƣợng đầu vào trình sản xuất 450MJ cốc; 5,5GJ điện (572kWh); 205 MJ oxygen; 1,3GJ khí tự nhiên tƣơng đƣơng 40m3 120 MJ điện cực tƣơng đƣơng 3,5kg Phƣơng pháp luyện thép cho thấy sản sinh lƣợng lớn chất thải bao gồm khí thải (CO, CO2, SO2, Bụi, NOx), nƣớc thải chất thải rắn có mức độ ô nhiễm cao 1130kg vụn sắt, sắt: nóng, nguội 2,5kg CO; 120kg CO2; 60g SO2; 165g hạt; 0,5kg NOx 10kg hợp kim; 40kg chất phụ gia 572 kwh (55 GJ) thép sản phẩm 205 MJ oxi 1,3 GJ gas m3 nƣớc 2m3 nƣớc thải 146kg xỉ; 19kg bụi lò; 16kg vảy; 2,5kg bùn; 0,8kg dầu; 3kg khác (SS,dầu,NH3) 17kg gạch chịu lửa 0,8 kg dầu kg chất khác Hình 1.1 Cân đối vào-ra vật liệu/năng lƣợng sản xuất thép lò điện hồ quang (Nguồn: Tài liệu hướng dẫn sản xuất ngành thép từ lò điện hồ quang – Chương trình hợp tác phát triễn Việt Nam – Đan Mạch môi trường & Viện khoa học công nghệ môi trường trường ĐH Bách Khoa hà Nội) 1.2 Ô NHIỄM MƠI TRƢỜNG KHƠNG KHÍ TỪ NGÀNH LUYỆN THÉP: Khí thải sản xuất thép lò điện bao gồm khí thải trực tiếp từ lò điện hồ quang lò thùng tinh luyện, khí thải vận chuyển nạp liệu, rót thép đúc thép khói SVTH: Nguyễn Thị Bích Tiền GVHD: PGS.TS Nguyễn Đinh Tuấn Đồ án tốt nghiệp Tính tốn, thiết kế hệ thống xử lý khí thải nhà máy luyện thép Nghi Sơn, cơng suất luyện 40 phơi thép/mẻ chế biến xỉ Khí thải trực tiếp từ lò điện lò thùng tinh luyện chiếm khoảng 95% tồn khí thải xƣởng thép lò điện Khí thải trực tiếp với loại khí thải khác đƣợc lọc bụi túi vải hay lọc bụi tĩnh điện Có thể thu hồi 85-90% khí thải trực tiếp để xử lý lỗ bổ sung nắp lò điện Khí thải lò điện hồ quang có dải thành phần rộng, gồm thành phần nhƣ bụi, kim loại nặng, SO2, NOx, CO2, chất hữu bay hơi, thành phần lƣợng chất hữu bay đặc biệt quan trọng Tuy nhiên số liệu khảo sát hạn chế Bụi: Lƣợng bụi chứa khí thải lò điện hồ quang 14-20 kg/tấn thép cacbon 6-15 kg/tấn thép hợp kim Nồng độ bụi nhà máy thép lò điện Châu Âu khoảng từ 10 mg/Nm3 đến 50 mg/Nm3 Kim loại nặng: Hàm lƣợng kim loại nặng khí thải dao động tƣơng đối rộng, nhiều Zn Hàm lƣợng Hg tuỳ thuộc vào chất lƣợng thép phế SO2, NOx, CO, CO2: phụ thuộc vào số lƣợng chất lƣợng nhiên liệu sử dụng Chất hữu bay hơi: Phát thải chất hữu cơ, đặc biệt benzen đƣợc ghi nhận cao đáng kể phụ thuộc vào than sử dụng đƣợc phân hủy trƣớc cháy Than đƣợc đƣa vào để lót thùng thép phế Từ phát thải dự đốn phát thải toluen, xylen cacbua hydro khác phát sinh từ than Các hợp chất hữu chứa clo nhƣ PCB, PCDD/F, PAH đƣợc ghi nhận phát thải số nhà máy 1.3 PHƢƠNG PHÁP XỬ LÝ KHÍ THẢI TỪ NGÀNH LUYỆN THÉP: 1.3.1 Xử lý bụi: Để lọc bụi ngƣời ta sử dụng nhiều thiết bị xử lý khác tùy thuộc vào nguyên lý hoạt động thu giữ bụi, ngƣời ta chia chúng thành nhóm sau đây: - Nhóm thiết bị thu tách theo ngun lý qn tính trọng lực: sử dụng lực quán tính, lực hấp dẫn làm cho bụi tách khỏi dòng khơng khí lắng đọng lại Nhóm thiết bị lọc giữ lại bụi dòng khơng khí qua lớp vật liệu lọc Nhóm thiết bị thu giữ lại bụi đƣợc tích điện dòng khơng khí qua điện trƣờng cao Nhóm thiết bị thu giữ bụi dƣới dạng ƣớt Các thông số quan trọng thiết bị hệ thống lọc bụi: Mức độ làm hay gọi hiệu lọc Cơng suất thiết bị đƣợc tính lƣu lƣợng dòng khí qua thiết bị (m3/h) Tải trọng khơng khí riêng: tỷ số thể tích khơng khí qua thiết bị thùng gom bụi so với bề mặt thiết bị khơng khí qua (m3/h.m2) Dung lƣợng bụi lƣợng bụi đƣợc thu giữ lại thiết bị sản xuất chu kỳ làm việc theo quy định (kg/lần) Tổn thát áp suất dòng khí qua thiết bị xử lý: hiệu số áp suất đo đƣợc khơng khí trƣớc sau thiết bị xử lý (N/m2) SVTH: Nguyễn Thị Bích Tiền GVHD: PGS.TS Nguyễn Đinh Tuấn Đồ án tốt nghiệp Tính tốn, thiết kế hệ thống xử lý khí thải nhà máy luyện thép Nghi Sơn, công suất luyện 40 phôi thép/mẻ  Chọn vật liệu làm chân đỡ thép CT3, có khối lƣợng riêng = 7850 kg/m3 3.2.4 Tính tổn thất áp lực đƣờng ống: Tổn thấp áp suất đoạn ống: Trong đó: : tổn thất áp suất ma sát, Pa Với: R: tổn thất áp suất ma sát riêng, Pa/m (Nguồn: bảng tra phụ lục 7.1, thiết kế thơng gió cơng nghiệp, Hồng Thị Hiền) l: chiều dài tính tốn đoạn ống : tổn thấp áp suất cục bộ, Pa Với, pđ: áp suất động khơng khí tiết diện có cản cục bộ, Pa v: vận tốc chuyển động khơng khí : mật độ khơng khí, = 1,205 kg/m3 : hệ số cản cục (Nguồn: bảng tra phụ lục 7.4, thiết kế thơng gió cơng nghiệp, Hồng Thị Hiền) Ta lập đƣợc bảng sau: SVTH: Nguyễn Thị Bích Tiền GVHD: PGS.TS Nguyễn Đinh Tuấn 43 Đồ án tốt nghiệp Tính tốn, thiết kế hệ thống xử lý khí thải nhà máy luyện thép Nghi Sơn, công suất luyện 40 phôi thép/mẻ  Tổn thất áp lực hút khí thải gián tiếp: No Lƣu đoạn lƣợng khơng khí m3/h Đƣờng Chiều Bộ phận phụ tùng Vận tốc kính ống dài ống cuả đoạn ống khơng d, mm l, m khí v,m/s 1-2 1000 40000 110 Chụp 0,2 Cút 90 0,35 Van điều chỉnh 0,6 Chạc nhánh rẻ 0,4 Đoạn ống 8-9 39971,97 560 1000 39947,97 1000 SVTH: Nguyễn Thị Bích Tiền GVHD: PGS.TS Nguyễn Đinh Tuấn 135,56 0,2 22 15,06 232,118 =0,7 10,542 14,542 42,175 44,575 94,89 96,492 0,7 10 60,25 0,4 2,4 cút 90 Đoạn ống =1,55 210,118 0,7 cút 90 Đoạn ống 1112 15 cút 90 Đoạn ống 9-10 39971,97 Áp suất Tổn thất áp suất ma Hệ số Tổn thất áp TTASTP động sát cản suất cục khơng cục khí pđ, Pa ∑ R, pa/m =0,7 0,7 15 135,56 0,2 1,6 =0,7 44 Đồ án tốt nghiệp Tính tốn, thiết kế hệ thống xử lý khí thải nhà máy luyện thép Nghi Sơn, công suất luyện 40 phôi thép/mẻ 13 39947,97 1000 1,5 Loa sau quạt 0,35 Chụp thải có nón che mƣa 1,3 Đoạn ống 15 135,56 0,2 0,3 =1,65 223,764 224,064  Tổn thất áp lực hút khí thải trực tiếp: No Lƣu đoạn lƣợng khơng khí m3/h Đƣờng Chiều Bộ phận phụ tùng Vận tốc kính ống dài ống cuả đoạn ống khơng d, mm l, m khí v,m/s 3-4 850 30000 Áp suất Tổn thất áp suất ma Hệ số Tổn thất áp TTASTP động sát, Pa cản suất cục bộ, , Pa khơng cục Pa khí pđ, Pa R, pa/m ∑ cút 90 1,05 Đoạn ống 10 135,56 0,6 2,4 =1,05 142,34 144,74 38,56 0,8 1,6 0 1,6 230,452 260,452 5-6 30000 1100 Đoạn ống 7-2 30000 1000 100 Cút 90 0,7 Van điều chỉnh 0,6 Chạc nhánh rẻ 0,4 Đoạn ống SVTH: Nguyễn Thị Bích Tiền GVHD: PGS.TS Nguyễn Đinh Tuấn 15 135,56 0,3 30 =1,7 45 Đồ án tốt nghiệp Tính tốn, thiết kế hệ thống xử lý khí thải nhà máy luyện thép Nghi Sơn, công suất luyện 40 phôi thép/mẻ 8-9 29971,97 560 cút 90 Đoạn ống 9-10 29971,97 1000 29947,97 13 29947,97 1000 1,5 15,06 1,5 =0,7 10 60,25 0,8 4,8 =0,7 16,542 42,175 46,975 94,89 97,29 0,7 15 135,56 0,3 2,4 =0,7 Loa sau quạt 0,35 Chụp thải có nón che mƣa 1,3 Đoạn ống 10,542 0,7 cút 90 Đoạn ống 1000 cút 90 Đoạn ống 1112 0,7 15 135,56 0,2 0,3 =1,65 223,764 224,064 ∑ ∑ Chọn để tính chọn quạt SVTH: Nguyễn Thị Bích Tiền GVHD: PGS.TS Nguyễn Đinh Tuấn 46 Đồ án tốt nghiệp Tính tốn, thiết kế hệ thống xử lý khí thải nhà máy luyện thép Nghi Sơn, công suất luyện 40 phơi thép/mẻ 3.2.5 Chọn quạt: Ta có Q = 40000 m3/h, = 567,698 N.m2 Chọn quạt ly tâm kiểu Ц4-70No10 Dựa vào sổ tay trình thiết bị cơng nghệ hóa chất tập 1, hình II.53 đồ thị đặc tuyến loại quạt này, trang 485, ta có: - Hiệu suất quạt ƞ = 0,65 Vận tốc góc: 80 rad/s, suy số vòng quay quạt n = 765 vòng/phút Vận tốc quay v = 41,8 m/s Công suất điện trục động hệ thống u cầu: ƞ ƞ Trong đó: Q: lƣu lƣợng khí đầu vào, Q = 11,1 m3/s : tổn thất áp lực toàn hệ thống, ƞ : hiệu suất quạt, ƞ ƞ : hiệu suất truyền động Truyền động dây đai hình thang: ƞ Cơng suất lắp đặt động điện: Trong đó: k hệ số dự trữ công suất điện, k = 1,1 Chọn quạt có cơng suất động 15 Hp có số vòng quay 970 vòng/phút 3.2.6 Ống khói: Nồng độ bụi lại sau thiết bị lọc túi vải 165,9 mg/m3 Đường kính ống khói: √ √ Chọn Dơk = m Trong đó: Qr lƣu lƣợng khí khỏi thiết bị lọc túi vải, Qr = 39947,97 m3/h v tốc độ dòng khí ống khói, chọn v = 15 m/s Chiều cao ống khói: √ √ Trong đó: SVTH: Nguyễn Thị Bích Tiền GVHD: PGS.TS Nguyễn Đinh Tuấn 47 Đồ án tốt nghiệp Tính tốn, thiết kế hệ thống xử lý khí thải nhà máy luyện thép Nghi Sơn, công suất luyện 40 phôi thép/mẻ - A hệ số phụ thuộc phân bố nhiệt độ theo chiều cao khí quyển, đƣợc chọn cho điều kiện khí thƣợng nguy hiểm xác định điều kiện phát tán thẳng đứng theo phƣơng ngang chất độc hại khí quyển, A = 200 – 240, Chọn A = 200 - Cmax nồng độ bụi cực đại mặt đất, Cmax = 200 mg/m3 - Qr lƣu lƣợng khí thải, Qr = 39947,97 m3/h = 11,1 m3/s - F hệ số kể đến loại chất khuếch tán Đối với bụi F = 2, F = 2,5, F = ứng với trƣờng hợp có lọc bụi với hiệu suất lọc lần lƣợt  90%, 90 – 75% < 75% khơng có thiết bị lọc bụi Với hiệu suất thiết bị lọc tay áo 84% => Chọn F =2,5 - M tải lƣợng ô nhiễm, mg/s ⁄ Trong đó: Cb nồng độ bụi khỏi thiết bị lọc tay áo, Cb = 159,58 mg/m3 Qr lƣu lƣợng khí thải túi vải, Qr = 11,1 m3/s - m,n hệ số khơng thứ ngun kể đến điều kiện khí thải miệng ống khói Chọn m = 1, n = - T hiệu số giữ nhiệt độ khí thải nhiệt độ khí quyển: T = 120 – 25 = 95oC (Nguồn: Tính tốn kỹ thuật lọc bụi làm khí – Hồng Kim Cơ – Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội -2002) Suy ra: √ √ Chọn H = 21 m 3.2.7 Khai tốn kinh phí: Ngun liệu: Thép kích thƣớc: 1,25 x 2,5 x 0,003 m Khối lƣợng vật liệu: 1,25m x 2,5m x 0,003m x 7850kg/m3 = 78,59 kg Que hàn: 20kg que hàn/tấn thép Sơn chống gỉ, sơn màu: 0,2 kg/m2 Giá gia công 50% giá vật liệu Giá thành thép 15.000 đồng/kg 3.2.7.1 Đường ống: - Cách làm: ghép thép lại với nhau, hàn tay hồ quang điện Sau sơn sơn chống gỉ sơn màu Dùng thép kích thƣớc 1,25m x 2,5m x 0,003m Chu vi đƣờng ống: x 3,14 = 3,14 m 0,56 x 3,14 = 1,76m 1,1 x 3,14 = 3,45m Một thép làm đƣợc 2m đƣờng ống Tổng chiều dài đƣờng ống: 247,5 m SVTH: Nguyễn Thị Bích Tiền GVHD: PGS.TS Nguyễn Đinh Tuấn 48 Đồ án tốt nghiệp Tính tốn, thiết kế hệ thống xử lý khí thải nhà máy luyện thép Nghi Sơn, công suất luyện 40 phôi thép/mẻ Số thép cần dùng: 124 Tổng khối lƣợng thép cần dùng: 124 x 78,59 = 9745,16 kg = 9,74516 Khối lƣợng sơn cần dùng: 124 x 1,25 x 2,5 x mặt x 0,2 kg/m2 = 155 kg Khối lƣợng que hàn cần dùng: 9,74516 x 20 kg/tấn = 194,9 kg = 195 kg Bảng 3.5 Tính tốn giá thành đƣờng ống Vật liệu Kích thƣớc (m) Khối lƣợng (kg) Đơn giá (đồng/kg) Thành tiền (đồng) Thép CT3 1,25 x 2,5 x 0,003 9745,16 15.000 146.177.400 Sơn chống gỉ 155 70.000 10.850.000 Sơn màu 155 80.000 12.000.000 Que hàn 195 20.000 3.900.000 Tổng 3.2.7.2 157.417.400 Xyclon: Dùng thép cỡ 1,25 x 2,5 x 0,003m + Tính phần hình trụ: Đƣờng kính D = 1200mm => Chu vi = 1200 x 3,14 = 3768mm = 3,768m Chiều cao H = 2532mm = 2,532m Số thép dùng: + Tính ống tâm khí: Đƣờng kính D = 720mm => Chu vi = 720 x 3,14 = 2260,8mm = 2,2608m Chiều cao H = 2532mm = 2,532m Số thép dùng: + Tính phần hình nón: Chiều cao H = 2100mm = 2,1m Diện tích phần hình nón: 3,14 x (0,6 + 0,21) x 2,1 = 5,34 m2 Số thép dùng: + Tính cửa vào: SVTH: Nguyễn Thị Bích Tiền GVHD: PGS.TS Nguyễn Đinh Tuấn 49 Đồ án tốt nghiệp Tính tốn, thiết kế hệ thống xử lý khí thải nhà máy luyện thép Nghi Sơn, công suất luyện 40 phôi thép/mẻ Chiều dài 1332 mm = 1,332m Chiều rộng 312mm = 0,312m Chu vi = 3,288 m Số thép dùng Tổng số làm xyclon: (3 + + + 1) x = 18 thép Khối lƣợng thép 18 x 78,59 = 1414,62 kg Tổng diện tích cần sơn: 18 x 1,25 x 2,5 x mặt = 112,5 m2 Vậy lƣợng sơn cần dùng: 112,5 m2 x 0,2 kg/m2 = 22,5 kg Tính thép chân đỡ: Chọn thép góc cạnh 50 x 50 x mm Trọng lƣợng 2,25 kg/1m dài Chiều dài 32m Tổng khối lƣợng thép góc: 32 x 2,25 = 72 kg Tổng khối lƣợng thép dùng: 1414,62 + 72 = 1486,62 kg = 1,48662 Khối lƣợng que hàn: 1,48662 x 20 kg/tấn = 29,73 kg Bảng 3.6 Bảng thống kê làm xyclon Vật liệu Kích thƣớc (m) Số lƣợng (kg) Thép 1,25 x 2,5 x 0,003 1414,62 15.000 21.219.300 Thép góc cạnh 72 30.000 2.160.000 Sơn chống gỉ 22,5 70.000 1.575.000 Sơn màu 22,5 80.000 1.800.000 Que hàn 29,73 20.000 549.600 Tổng 3.2.7.3 Đơn giá (đồng) Thành tiền (đồng) 27.348.900 Lọc túi vải: Dùng thép 1,25 x 2,5 x 0,003m Kích thƣớc thiết bị (khơng tính phần thu bụi) B x L x H = 6,16 x 6,16 x 4,5 m Số thép làm nắp: Số thép làm thân: Phần chóp thu bụi cao 2m SVTH: Nguyễn Thị Bích Tiền GVHD: PGS.TS Nguyễn Đinh Tuấn 50 Đồ án tốt nghiệp Tính tốn, thiết kế hệ thống xử lý khí thải nhà máy luyện thép Nghi Sơn, công suất luyện 40 phôi thép/mẻ Số thép dùng = √ ( √ ) ( ) Số thép dùng tổng cộng: 33,5 Khối lƣợng thép: 33,5 x 78,59 = 2632,765 kg Lƣợng sơn cần dùng: 33,5 x 1,25 x 2,5 x mặt x 0,2kg/m2 = 41,875 kg Tính thép chân đỡ: Chọn thép góc cạnh 50 x 50 x mm Trọng lƣợng 2,25 kg/1m dài Chiều dài 64m Tổng khối lƣợng thép góc: 64 x 2,25 = 144 kg Tổng khối lƣợng thép dùng: 1414,62 + 144 = 2776,765 kg = 2,776765 Khối lƣợng que hàn: 2,776765 x 20 kg/tấn = 55,5 kg Tính khối lƣợng túi vải cần dùng: Chiều dài ống tay áo H = 3m Đƣờng kính ống tay áo D = 0,3m => Chu vi = 3,14 x 0,3 = 0,942 m Chọn vải sợi thủy tinh Dùng 241,152m vải Bảng 3.7 Bảng thống kê vật liệu làm túi vải Vật liệu Kích thƣớc (m) Số lƣợng Đơn vị Đơn giá (đồng) Thành tiền (đồng) Thép 1,25 x 2,5 x 0,03 2632,765 kg 15.000 39.491.475 Thép góc cạnh 144 kg 30.000 4.320.000 Sơn chống gỉ 41,875 kg 70.000 2.931.250 Sơn màu 41,875 kg 80.000 3.350.000 Hệ thống ống thổi khí 4.000.000 Vải sợi thủy tinh 241,152 m 50.000 Tổng 3.2.7.4 12.057.600 66.150.325 Ống khói: Dùng thép 1,25 x 2,5 x 0,003m Đƣờng kính D = 1000mm => chu vi = 3,14 x 1000 = 3140mm = 3,14m Chiều cao H = 21m SVTH: Nguyễn Thị Bích Tiền GVHD: PGS.TS Nguyễn Đinh Tuấn 51 Đồ án tốt nghiệp Tính tốn, thiết kế hệ thống xử lý khí thải nhà máy luyện thép Nghi Sơn, công suất luyện 40 phôi thép/mẻ Số thép cần dùng = Khối lƣợng thép = 21 x 78,59 = 1650,39 kg = 1,65039 Lƣợng sơn cần dùng: 21 x 1,25 x 2,5 x mặt x 0,2kg/m2 = 26,25 kg Khối lƣợng que hàn cần dùng: 1,65039 x 20kg/tấn = 33 kg Bảng 3.8 Bảng thống kê vật liệu làm ống khói Vật liệu Kích thƣớc (m) Khối lƣợng (kg) Đơn giá (đồng) Thành tiền (đồng) Thép 1,25 x 2,5 x 0,003 1650,39 15.000 24.755.850 Sơn chống gỉ 26,25 70.000 1.837.500 Sơn màu 26,25 80.000 2.100.000 Que hàn 33 20.000 660.000 Tổng 3.2.7.5 29.353.350 Các thiết bị khác: Bảng 3.9 Bảng thống kê thiết bị khác Thiết bị Số lƣợng Giá (đồng) Buồng đốt 500.000.000 Tháp giải nhiệt 510.000.000 Quạt hút 15Hp 30.000.000 Máy nén khí 50.000.000 Sàn cơng tác, giá đỡ 10.000.000 Bulong, mặt bích loại 10.000.000 Tổng 1.110.000.000  Tổng chi phí thiết bị = 157.417.400 + 27.348.900 + 66.150.325 + 29.353.350 +1.110.000.000 = 1.390.269.975 (đồng) Chi phí nhân cơng = 50%Tổng chi phí thiết bị = 50% x 1.390.269.975 = 695.134.987,5(đồng)  Tổng chi phí tồn 2.085.404.963(đồng) hệ thống SVTH: Nguyễn Thị Bích Tiền GVHD: PGS.TS Nguyễn Đinh Tuấn = 1.390.269.975 + 695.134.987,5 = 52 Đồ án tốt nghiệp Tính tốn, thiết kế hệ thống xử lý khí thải nhà máy luyện thép Nghi Sơn, công suất luyện 40 phôi thép/mẻ 3.3 VẬN HÀNH HỆ THỐNG XỬ LÝ KHÍ THẢI 3.3.1 Sơ đồ nguyên lý hoạt động: Xem vẽ 3.3.2 Nguyên lý vận hành: Hệ thống thu gom xử lý ô nhiễm bụi khí thải từ phân xƣởng luyện thép hệ thống chụp hút đƣợc bố trí thành hai phần nhƣ sau: Phần h t trực tiếp từ lò hồ quang điện (E T : Do khói trực tiếp từ thân lò chứa nhiều bụi, khí CO, nhiệt độ cao nên đƣợc xử lý sơ trƣớc + Khói đƣợc hút vào buồng đốt thứ cấp Khơng khí, gas đƣợc bổ sung để đốt CO thành CO2 + Sau đó, khói thải vào tháp giải nhiệt, hạ nhiệt độ khí thải đến khoảng nhiệt độ thích hợp cho cơng đoạn xử lý phía sau, đặc biệt thiết bị lọc tay áo (thƣờng vận hành nhiệt độ thấp) Phần h t gián tiếp: chụp hút phía lò EBT, lò tinh luyện, cửa thép, cửa tháo xỉ lò, hệ thống băng chuyển Cả hai hệ thống đƣợc đấu nối vào ống thu gom trƣớc vào cylone lọc túi vải + Trong q trình luyện thép lò hồ quang điện, valve từ chụp hút hệ thống hút gián tiếp đóng, lƣợng khói thải hút trực tiếp từ lò hồ quang đến đầu khỏi tháp giải nhiệt + Trong giai đoạn lò hồ quang thép, valve từ hệ thống hút trực tiếp đóng hồn toàn Lúc quạt tăng áp, valve từ hút gián tiếp mở lớn làm tăng lƣu lƣợng hút nhằm đảm bảo nhiệt độ khói, đồng thời thơng gió mơi trƣờng làm việc xƣởng luyện Hệ thống hoạt động hoàn toàn tự động thơng qua đầu dò áp suất, nhiệt độ trạm điều khiển trung tâm Khí thải sau qua cyclone đƣợc dẫn đến thiết bị lọc bụi tay áo Tại đây, hạt bụi tinh đƣợc loại bỏ Bụi bị giữ lại đó, khơng khí sau xử lí tiếp tục ngồi thơng qua quạt hút đƣờng ống khói thải Bụi đƣợc lấy theo định kỳ cấu rũ bụi, túi vải đƣợc thay định kỳ 3.3.3 Vận hành hệ thống: Sau lò hồ điện quang bắt đầu hoạt động, tiến hành khởi động hệ thống xử lý khí Trƣớc tiên bật quạt hút để thu gom khí phát sinh từ lò hồ quang vào chụp hút, theo hệ thống ống dẫn khí khu xử lý (xyclon, túi vải) Để hệ thống hoạt động tốt cần đảm bảo vấn đề sau: - Sau thời gian hoạt động, phải tiến hành rung giũ bụi khí nén túi vải tháo bỏ bụi phận thu giữ bụi xyclon túi vải SVTH: Nguyễn Thị Bích Tiền GVHD: PGS.TS Nguyễn Đinh Tuấn 53 Đồ án tốt nghiệp Tính tốn, thiết kế hệ thống xử lý khí thải nhà máy luyện thép Nghi Sơn, công suất luyện 40 phôi thép/mẻ - Thƣờng xuyên kiểm tra, bảo trì chụp hút, xyclon, túi vải quạt hút để đảm bảo tuổi thọ thiết kế thiết bị - Kiểm tra đƣờng ống, van điều chỉnh có trạng thái phù hợp khơng SVTH: Nguyễn Thị Bích Tiền GVHD: PGS.TS Nguyễn Đinh Tuấn 54 Đồ án tốt nghiệp Tính tốn, thiết kế hệ thống xử lý khí thải nhà máy luyện thép Nghi Sơn, công suất luyện 40 phôi thép/mẻ KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ Kết luận: Xử lý ô nhiễm khí thải q trình luyện thép vấn đề cần thiết nhằm giảm nồng độ chất ô nhiễm có khí thải trƣớc thải mơi trƣờng tiếp nhận Trên sở lý thuyết đƣợc học, đồ án tính tốn thiết kế hệ thống xử lý bụi sinh trình luyện thép nhà máy luyện thép Nghi Sơn thiết bị xyclon túi vải Nồng độ bụi sau xử lý đạt tiêu chuẩn 51:2013/BTNMT trƣớc thải môi trƣờng Kiến nghị: Trong trình vận hành, ngƣời vận hành phải thực quy trình, thƣờng xuyên vệ sinh máy móc, thiết bị để hệ thống làm việc có hiệu cao tăng tuổi thọ cơng trình Nhà máy cần có cán chun trách đƣợc đào tạo để vận hành hệ thống theo quy trình quy định Khi có cố cần liên hệ với quan chuyên môn để giải SVTH: Nguyễn Thị Bích Tiền GVHD: PGS.TS Nguyễn Đinh Tuấn 55 Đồ án tốt nghiệp Tính tốn, thiết kế hệ thống xử lý khí thải nhà máy luyện thép Nghi Sơn, cơng suất luyện 40 phôi thép/mẻ TÀI LIỆU THAM KHẢO Báo cáo Đánh giá tác động môi trƣờng nhà máy luyện thép Nghi Sơn Hồng Kim Cơ, Kỹ thuật mơi trƣờng, Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hoàng Thị Hiền, Thiết kế thơng gió cơng nghiệp, Nhà xuất xây dựng, 2000 Nguyễn Đinh Tuấn, Kiểm sốt nhiễm khơng khí, Nhà xuất Đại học quốc gia TP.Hồ Chí Minh, 2009 Nguyễn Tấn Dũng, Giáo trình Các q trình thiết bị cơng nghệ hóa học thực phẩm – Tập Sổ tay trình thiết bị cơng nghệ hóa chất – Tập 1, Nhà xuất khoa học kỹ thuật Sổ tay q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất – Tập 2, Nhà xuất khoa học kỹ thuật Trần Ngọc Chấn, Ơ nhiễm khơng khí xử lý khí thải – Tập 2, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, 2001 Trần Ngọc Chấn, Ơ nhiễm khơng khí xử lý khí thải – Tập 3, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, 2001 10 QCVN 51 – 2013/BTNMT SVTH: Nguyễn Thị Bích Tiền GVHD: PGS.TS Nguyễn Đinh Tuấn 56 Đồ án tốt nghiệp Tính tốn, thiết kế hệ thống xử lý khí thải nhà máy luyện thép Nghi Sơn, công suất luyện 40 phôi thép/mẻ SVTH: Nguyễn Thị Bích Tiền GVHD: PGS.TS Nguyễn Đinh Tuấn 39 ... nghi p Tính tốn, thiết kế hệ thống xử lý khí thải nhà máy luyện thép Nghi Sơn, công suất luyện 40 phôi thép/ mẻ CHƢƠNG LỰA CHỌN CƠNG NGHỆ, TÍNH TỐN THIẾT KẾ 3.1 XÁC ĐỊNH NỒNG ĐỘ VÀ LƢU LƢỢNG KHÍ... tốt nghi p Tính tốn, thiết kế hệ thống xử lý khí thải nhà máy luyện thép Nghi Sơn, công suất luyện 40 phôi thép/ mẻ 2.5.3 Sơ đồ sản xuất thép: Nguyên liệu Ngun liệu cho sản xuất lò điện Nhà máy luyện. .. 17 Đồ án tốt nghi p Tính tốn, thiết kế hệ thống xử lý khí thải nhà máy luyện thép Nghi Sơn, công suất luyện 40 phơi thép/ mẻ Thuỷ văn : khu vực bố trí khu công nghi p bị úng cục hệ thống tiêu bị