Bài tập thiết kế hệ thống xử lý khí thải

ĐỀ BÀI THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ KHÍ THẢI NHÓM 1: NHIÊN LIỆU DẦU F.O CẤP ĐỘ ỔN ĐỊNH KHÍ QUYỂN : D Đề bài : Một lò hơi đốt dầu F.O trong KCN ở Bình Dương với các thông số sau : STT Tên Ký hiệu Đơn Vị Giá Trị 1 Thành phần Carbon Cp % 77 2 Thành phần Hydro Hp % 2.65 3 Thành phần Oxy Op % 3.29 4 Thành phần lưu huỳnh Sp % 2.9 5 Thành phần Nitơ Np % 1.16 6 Độ tro Ap % 5 7 Độ ẩm Wp % 8 8 Dung ẩm d g/kg 16 9 Chiều cao ống khói h m 16 10 Nhiên liệu tiêu tốn B kg/h 700 11 Đường kính ống khói D mm 500 12 Nhiệt độ khói tK oC 160 Trong đó. - B : lượng nhiên liệu tiêu tốn trong 1 h. - D : đường kính ống khói. Yêu cầu 1. Tính toán sản phẩm cháy 2. Tính toán nồng độ chất ô nhiễm tại miệng ống khói 3. So sánh nồng độ Cmax các chất SO2, CO, CO2, bụi với QCVN 19:2009-BTNMT. 4. Từ đó xác định chất ô nhiễm cần phải xử lý và đề xuất ra công nghệ xử lý khí hoặc bụi ô nhiễm. 5. Tính toán lựa chọn thiết bị và vẽ sơ đồ công nghệ hệ thống xử lý chất ô nhiễm. Bài làm : Các hệ số sử dụng trong bài: - Hệ số thừa không khí: α = 1,4 - Hệ số cháy không hoàn toàn: η = 0,03 - Hệ số tro bụi bay theo khói : a = 0,475 1. Tính toán sản phẩm cháy : Lượng không khí khô lý thuyết cần cho quá trình cháy là : VO = 0,089CP + 0,264HP – 0,0333(OP – SP) = 0,089.77 + 0,264.2,65 – 0,0333.(3,29 – 2.9) = 7,5396 ( m3 chuẩn/ kg FO ) Lượng không khí ẩm lý thuyết cần cho quá trình cháy (ở t = 30oC; j = 65% ® d = 7g/kg): Va = (1 + 0,0016d)VO = (1 + 0,0016.17). 7,5396 = 7,7447 ( m3 chuẩn/ kg FO ) Lượng không khí ẩm thực tế với hệ số thừa không khí là a Vt = aVa = 1,4. 7,7447 = 10,8425 ( m3 chuẩn/ kg FO ) Sản phẩm cháy Công thức tính Phép Tính Kết Quả Lượng khí SO2 VSO2 VSO2 = 0,683.10-2SP VSO2 = 0,683.10-2.2,9 0,0198 Lượng khí CO VCO VCO = 1,865.10-2hCP VCO = 1,865.10-2.0,03.77 0,0431 Lượng khí CO2 VCO2 VCO2 = 1,853.10-2(1 - h)CP VCO2 = 1,853.10-2.(1 – 0,03).77 1,3840 Lượng hơi nước VH2O VH2O = 0,111HP + 0,0124WP + 0,0016dVt VH2O =0,111.2,65 + 0,0124.8 + 0,0016.17.10,8425 0,6883 Lượng khí N2 VN2 VN2 = 0,8.10-2Np+ 0,79Vt VN2 = 0,8.10-2.1,16+ 0,79.10,8425 8,5749 Lượng khí O2 thừa VO2 VO2 = 0,21(a - 1)Va VO2 = 0,21.(1,4 - 1).7,7447 0,651 Lượng SPC tổng cộng VSPC VSPC = VSO2 + VCO + VCO2 + VH2O + VN2 + VO2 VSPC = 0,0198 + 0,0431 + 1,3840 + 0,6883+ 8,5749+ 0,651 11,3611 Lượng sản phẩm cháy ( đơn vị : m3 chuẩn/ kg F.O ) ở điều kiện chuẩn ( t = 0o C, p = 760 mmHg ) Lượng sản phẩm cháy tổng cộng ở điều kiện thực tế ( nhiệt độ môi trường tmt = 32 oC ) Lưu lượng khói ( SPC ) ở điều kiện thực tế ( tK = 160 oC ) Sản phẩm cháy Công thức tính tương ứng Phép Tính Kết Quả Lượng SO2 ( với gSO2 = 2,926 kg/m3chuẩn) 11,2651 g/s Lượng khí CO (với gCO =1,25 kg/m3chuẩn ) 10,4757 g/s Lượng khí CO2 (với gCO2 =1,977 kg/m3chuẩn) 532,0327 g/s Lượng tro bụi (với hệ số tro bay theo khói là a ) 4,6181 g/s Tải lượng các khí ( đơn vị : g/s ) trong sản phẩm cháy là :2. Nồng độ chất ô nhiễm tại miệng ống khói : Khí SO2 : Khí CO : Khí CO2 : Bụi : 3. So sánh nồng độ Cmax các chất SO2, CO, CO2, bụi với QCVN 19:2009-BTNMT : Nồng độ các chất ô nhiễm ở miệng ống khói lò đốt được tóm lược trong bảng sau: STT Chỉ Tiêu Đơn vị Nồng độ QCVN 19:2009 1 SO2 mg/m3 3215,1 500 2 CO mg/m3 2989,8 1000 3 Bụi mg/m3 1318 200 4. Xác định chất ô nhiễm cần phải xử lý và đề xuất công nghệ : Theo bảng trên thì nồng độ các khí thải ra từ lò đốt dầu F.O này đều vượt giới hạn cho phép theo QCVN 19:2009-BTNMT, nồng độ bụi và SO2 vượt đến hơn 6 lần cho phép. Nên cần phải có công nghệ xử lý bụi – SO2 hợp lý trước khi xả thải ra môi trường. Đối với bụi có thể sử dụng các công nghệ : Buồng lắng bụi Các loại Cyclon Túi vải Các thiết bị lọc quán tính cũng như tĩnh điện Đối với khí SO2, CO Phương pháp hấp thụ : ta có thể sử dụng nước, dung dịch hoặc huyền phù của muối kim loại kiềm, kiềm thổ. Phương pháp hấp phụ : có thể sử dụng đá vôi, quặng dolomit, than hoạt tính, … Đề xuất phương án : Do nồng độ bụi và khí SO2 quá cao ( vượt chuẩn đến 6 lần ) nên ta phải sử dụng phương pháp có hiệu suất hiệu quả cao thì mới đảm bảo. Nhưng cũng phải cân nhắc đến lợi ích kinh tế. Vì thế phương pháp xử lý bụi bằng tĩnh điện là không thể thực hiện ở đây. Bụi ở đây là loại bụi không cần thu hồi và công nghệ lọc bụi với hiệu suất khoảng 80 – 90% là có thể cho ra khí thải đạt tiêu chuẩn, nên Cyclon để xử lý bụi là hợp lý. Còn khí SO2 và CO có thể xử lý bằng phương pháp hấp thụ : Xử lý bụi sơ bộ bằng phương pháp khô tức là cho khí thải đi qua Cyclon khô để thu hồi bụi bằng phương pháp lọc ly tâm. Sau đó ta sử dụng Scubber để xử lý tiếp SO2. SO2 + H2O à SO3- + 2H+ SO3- + Ca(OH)2à CaSO3¯ + 2H2O Đối với khí CO được xử lý bằng cách tiếp tục cho dòng khi đi qua nitơ lỏng để loại bỏ nó. Phần khí còn lại đạt tiêu chuẩn sẽ được thải ra môi trường. Do tính nồng tính chất của CO ở đây là dễ dàng chuyển thành CO2 dưới ánh sáng mặt trời. Nên hệ thống của chúng ta vào thời tiết mùa hè hoặc thời kỳ nắng nóng thì có thể bỏ qua giai đoạn xử lý này và thiết kế ống khói xả thải hợp lý để tạo điều kiện cho CO -> CO2 Khí sạch được thải ra ngoài môi trường có nồng độ bụi SO2, CO đạt chuẩn cho phép (QCVN 19:2009 ). Dung dịch sau khi hấp thụ có chứa nhiều cặn và bùn sunfite và canxi sunfate và một ít bụi tro còn xót lại ( sau khi qua cyclone ) được cho vào bể lắng cặn để tách tinh thể. 5. Tính toán lựa chọn thiết bị và vẽ sơ đồ công nghệ hệ thống xử lý. Sơ đồ công nghệ xử lý bụi và khí thải lò hơi đốt dầu F.O Cyclon khô Scubber Tháp hấp thụ CO - Dung dịch đã hấp thụ Quạt hút - Dung dịch đã hấp thụ - Cặn Ca(SO3), Ca(CO3) Nước sau xử lý thải ra Khí sạch thoát ra Bụi được thu hồi Khí thải Thiết bị giải nhiệt Tuần hoàn nước Thiết bị giải nhiệt Tuần hoàn nước Nước có nhiệt độ cao Nước đi vào Khíđã lọc bụi Xử lý Thùng tạo dd Ca(OH)2 Thuyết minh : Khí thải từ ống khói được dẫn vào thiết bị giải nhiệt, giải nhiệt bằng nước , tại đây nhiệt độ của khối khí từ 160 oC hạ xuống còn khoảng 50 – 75 oC . Nước sau giải nhiệt được tuần hoàn trở lại đường ống dẫn vào để tiết kiệm nước. Khí tiếp tục được dẫn tới cyclon khô loại liot lõi xoắn, tại đây các hạt bụi được thu hồi khoản 85 – 90%, những hạt bụi còn lại không thể lắng được do kích thước quá bé tiếp tục theo dòng khí đưa đến scubber. Tại đây xảy ra quá trình hấp thụ khí SO2 bằng dung dịch vôi sữa tưới trên lớp đệm bằng vật liệu rỗng. Nước chứa axit chảy ra từ sccuber được bổ sung thường xuyên bằng sữa vôi mới. Trong nước chảy ra từ scubơ có chứa nhiều sunfit và canxi sunfat dưới dạng tinh thể CaSO3.0,5H2O, CaSO4.2H2O và một ít bụi còn sót sau khi lọc bụi. Do đó cần tách tinh thể trên bằng bộ phận tách tinh thể, là một bình rỗng cho phép dung dịch lưu lại một thời gian để hình thành các tinh thể sunfit và canxi sunfat. Sau khi qua bộ phận tách tinh thể dung dịch một phần đi vào tưới cho Scubber. Phần còn lại đi vào bình lọc chân không. Ở đó các tinh thể bị giữ lại dưới dạng cặn bùn. Cặn bùn qua thùng oxy hóa, máy vắt khô ly tâm tạo thành thạch cao thương phẩm hoặc bán cho đơn vị thu mua. Đá vôi được đập vụn và nghiền rồi cho vào thùng để pha trộn với dung dịch loãng từ bộ phận chân không cùng với lượng nước bổ sung để được dung dịch sữa vôi mới. Các phản ứng hóa học xảy ra trong quá trình xử lý: CaCO3 + SO2 = CaSO3 + CO2 CaO + SO2 = CaSO3 2CaSO3 + O2 = 2CaSO4 Sau khi được xử lý SO2 xong, khối khí tiếp tục được dẫn vào tháp hấp thụ CO tại đây xảy ra quá trình hấp thụ vật lý. Tiếp theo quạt hút hút khí đến ống khói và khí được thải ra đạt chuẩn cho phép được thải ra ngoài môi trường. Tính toán và chọn thiết bị : Thiết bị giải nhiệt : Cấu tạo của thiết bị giải nhiệt gồm hai ống tròn bằng kim loại và có kích thước khác nhau, lồng vào nhau. Khí với nhiệt độ cao sẽ đi lên ống nhỏ phía trong, đồng thời nước sẽ được phun bên ngoài ống nhỏ theo chiều ngược lại. Như vậy khí sẽ được làm mát và được dẫn vào thiết bị tiếp theo. Còn nước có nhiệt độ cao sẽ thu hồi rồi hạ nhiệt để tuần hoàn lại cho lần xử lý tiếp theo. Cyclone liot : Bụi sau khi giải nhiệt được dẫn vào Cyclon liot dạng có lõi xoắn. Do lưu lượng khói ta tính được như trên là Lt ~ 12700 ( m3/h). Nên áp dụng bảng thông số kỹ thuật của Cyclon ( bảng 3.2 trang 18 Giáo Trình ) như sau : Kích thước chế tạo : Lưu lượng 12700 ( m3/h). Đường kính ống vào : 500 (mm) Vận tốc 12 – 18 ( m/s ) Tháp hấp thụ : Lượng đá vôi cần thiết để xử lý ta có thể tính được qua công thức : Với β là hệ số khử SO2 trong khói thải. được xác định bằng tỉ lệ giữa tải lượng SO2 thực tế và lượng tiêu chuẩn. K tỉ lệ nguyên chất của đá vôi ( ở đây lấy bằng 0,85 ) Như vậy lượng đá vôi cần sử dụng được tính là : Lượng cặn trên 1 tấn nhiên liệu được xác định : Với hệ thống như trên thì kết quả đầu ra khí thải có thể đạt được như sau : TT Thông số Đơn vị Hiệu suất Trước xử lý Sau xử lý QCVN 05 : 2009/BTNMT 1 Bụi (mg/m3) 85% 1318 197,7 200 2 SO2 (mg/m3) 95% 3215,1 160,755 500 3 CO (mg/m3) 90% 2989,8 298,9 1000 Sau xử lý nồng độ các chất khí ở dưới ngưỡng cho phép xả thải. Hết -