Tính toán thiết kế hệ thống xử lý khói thải bên ngoài

Nếu giả thiết rằng chất ô nhiễm không có phản ứng hoá học với không khí xung quanh tức là không sản sinh ra cũng không phân huỷ đi các chất ô nhiễm, thì mật độ chất ô nhiễm trên tất cả các mặt cắt trực giao với trục gió ở mọi khoảng cách x đều như nhau. Nhưng nồng độ các chất ô nhiễm trong luồng khói giảm dần khi khoảng cách tăng do hiện tượng khuyếch tán theo phương ngang y và theo phương đứng z, chính vì vậy mà luồng khói lan rộng ra xung quanh trục luồng. Càng ra xa khỏi trục luồng theo phương y và z thì nồng độ các chất ô nhiễm lại càng giảm.

pdf80 trang | Chia sẻ: lylyngoc | Ngày: 24/10/2013 | Lượt xem: 4043 | Lượt tải: 10download
Bạn đang xem nội dung tài liệu Tính toán thiết kế hệ thống xử lý khói thải bên ngoài, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
í khô g kk =1,29 kg/m 3 - Hàm lượng bụi trong khói vào : Cbụi = 7791 mg/m 3 tại 90 0 C ,tại nhiệt độ khói t= 300 0 C hàm lựong bụi :    00 90300 273 90 7791 273 90 273 300 273 300 C buiC bui C C         = 4936 mg/m 3             2 2 00,289 0,289 1,29 0,02 760 2 0,608 0,804 0,02 273 3000,804 273 k H O k H O d B p d t           kg/m 3 Xuất phát từ độ phân tán bụi cho phép,chon đường kính xiclon chum còn hàm lượng bụi trong không khí để chọn chi tiết định hướng. Từ bảng phân tán bụi than tra phu lục bảng11.3 tập 2 xử lí khí thải,phần lớn các hạt bụi có kích thước 10 m nên chọn đơn nguyên xyclon có đường kính D = 150 mm.Căn cứ vào nồng độ bụi cho phép có trong xyclon (bảng 2.11)và đường kính của đơn nguyên xyclon,chọn chi tiết kiểu chân vịt 8 cánh 0 hệ số trở lực  = 60.Khi hệ số trở lực cho phép của xiclon chùm 40 mmH20 và theo công thức : 2 40 40 2 9,81 60 4,64 0,608 2 0,608 60 qu qu g          (m/s) Trong đó v là tốc độ quy ước, chọn vận tốc qua xyclon v = 4.64 (m/s) (tốc độ qua tiết diên ngang của xyclon có đường kính D) Đồ án MTKK và XLKT GVHD: PGS-TS: Nguyễn Quỳnh Hương - 34 ---------------------------- L£ ANH TUÊN 49 dt MSSV: 6269 49-------------- Lượng khí cần làm sạch qua một đơn nguyên xyclon : 2 23,14 0,15 3600 4,64 3600 295 4 4 D V          m 3 /h Số lượng xyclon con : n = conL L = 15768 53,45 295  (chiếc) lấy 54 chiếc Với lượng xiclon con như trên tao bố trí thành 6 hàng ,mỗi hàng có 9 xiclon con.Tra bảng 7.10 sách xử kí khí thải tập 2 ta được các kích thước cuả xyclon chùm : M =280 mm, N = 170 mm ,chiều rộng B = 1180 mm , chiều dài L = 1460 mm. Chiều cao của ống dẫn khí vào xyclon chum được xác định theo công thức : I = ]06.0)[(  ndMv L vao , m Trong đó : L lưu lượng khí cần lọc của xyclon chùm , m3/h n số lượng xyclon con trong một dãy ngang so với chiều chuyển động của dòng khí, M, d kích thước tra bảng 7.10 và7.8 v vận tốc vào của dòng khí trên tiết diện sống của dãy xyclon con đầu tiên,có thể nhận v = 10-14 m/s,nhận v = 10m/s Thay số : I = 5.0 ]06.04*)133.028.0[(3600*10 11032   ( m) Kiểm tra lại trở lực qua xyclon chùm : Kiểm tra tỷ số k p   ,thiết bị làm việc tối ưu khi k p   = 45  100 m Trường hợp đã cho k p   = 40 65,78 0,608  m Cột này nằm trong giới hạn cho phép Đồ án MTKK và XLKT GVHD: PGS-TS: Nguyễn Quỳnh Hương - 35 ---------------------------- L£ ANH TUÊN 49 dt MSSV: 6269 49-------------- Xác định hiệu suất lọc bụi của xyclon chùm: Hiệu suất lọc bụi ở điều kiện chuẩn hóa tính theo công thức : 5.8 30 72.5 7.8 85 30.2 23.5 95 97 23.5 97 11.5 99 21 87.33% 100 100 i i                Kích thước hạt bụi mm 60 % theo khối lượng 5.8 7.8 30.2 23.5 11.5 21 Hiệu suất lọc 30 72.5 85 95 97 99 Đường cong hiệu quả lọc theo cỡ hạt () % của xiclon chùm Hiệu suất lọc bụi của xyclon chùm ở điều kiện thực tế được xác điịnh theo biểu đồ 2.8 sách “tính toán lọc bụi và làm sạch khí” Hiệu quả thực tế D = 250 mm ,t = 300,  = 30 0 ,v = 3.1 (m/s) , k =1.3 kg/m 3 , b =2300 kg/m 3  95 % II.3.3. Lò nung : - Lượng khí cần lọc L = 33372 m3/h ở 300 0C - Độ chứa hơi nước của khí d = 20 g/m 3 - Áp suất khí quyển B = 760 mmHg - Trở lưc cho phép qua xiclon  p  40 mmH20 - Áp suất khí vào xyclon p = -30 mmH2O= -2 mmHg - Khối lượng riêng của bụi trong khí  b =2300 g/m 3 - Khối lượng riêng của không khí khô g kk =1,29 kg/m 3 - Hàm lượng bụi trong khói vào : Cbụi = 10345 mg/m 3 tại 90 0 C ,tại nhiệt độ khói t= 300 0 C hàm lựong bụi : Đồ án MTKK và XLKT GVHD: PGS-TS: Nguyễn Quỳnh Hương - 36 ---------------------------- L£ ANH TUÊN 49 dt MSSV: 6269 49--------------     0 0 120 300 273 120 10345 273 120 273 300 273 300 C buiC bui C C         = 7095,3 mg/m 3             2 2 00,289 0,289 1,29 0,02 760 2 0,608 0,804 0,02 273 3000,804 273 k H O k H O d B p d t           kg/m 3 Xuất phát từ độ phân tán bụi cho phép,chon đường kính xiclon chum còn hàm lượng bụi trong không khí để chọn chi tiết định hướng. Từ bảng phân tán bụi than tra phu lục bảng11.3 tập 2 xử lí khí thải,phần lớn các hạt bụi có kích thước 10 m nên chọn đơn nguyên xyclon có đường kính D = 100 mm.Căn cứ vào nồng độ bụi cho phép có trong xyclon (bảng 2.11)và đường kính của đơn nguyên xyclon,chọn chi tiết kiểu chân vịt 8 cánh 0 hệ số trở lực  = 60.Khi hệ số trở lực cho phép của xiclon chùm 40 mmH20 và theo công thức : 2 40 40 2 9,81 60 4,64 0,608 2 0,608 60 qu qu g          (m/s) Trong đó v là tốc độ quy ước, chọn vận tốc qua xyclon v = 4.64 (m/s) (tốc độ qua tiết diên ngang của xyclon có đường kính D) Lượng khí cần làm sạch qua một đơn nguyên xyclon : 2 23,14 0,15 3600 4,64 3600 295 4 4 D V          m 3 /h Số lượng xyclon con : n = conL L = 33372 113,12 295  (chiếc) lấy 114 chiếc Với lượng xiclon con như trên ta chia thành 2 ngăn,mỗi ngăn có 57chiếc bố trí thành 6 hàng ,mỗi hàng có 10 xiclon con.Tra bảng 7.10 sách xử kí khí thải tập 2 ta được các kích thước cuả xyclon chùm : M =280 mm, N = 170 mm ,chiều rộng B = 1180 mm , chiều dài L = 1460 mm. Chiều cao của ống dẫn khí vào xyclon chum được xác định theo công thức : Đồ án MTKK và XLKT GVHD: PGS-TS: Nguyễn Quỳnh Hương - 37 ---------------------------- L£ ANH TUÊN 49 dt MSSV: 6269 49-------------- I = ]06.0)[(  ndMv L vao , m Trong đó : L lưu lượng khí cần lọc của xyclon chùm , m3/h n số lượng xyclon con trong một dãy ngang so với chiều chuyển động của dòng khí, M, d kích thước tra bảng 7.10 và7.8 v vận tốc vào của dòng khí trên tiết diện sống của dãy xyclon con đầu tiên,có thể nhận v = 10-14 m/s,nhận v = 10m/s Thay số : I = 5.0 ]06.04*)133.028.0[(3600*10 11032   ( m) Kiểm tra lại trở lực qua xyclon chùm : Khối lượng riêng của khí ở điều kiện thưc tế : 546.0 )300273)(35.0804.0( )2760)(35.03.1(2 9.0 )273)(804.0( ))((289.0 20 200        td pBd h hk k  kg/m 3 Trong đó k0 là khối lượng riêng của không khí khô ,kg/m 3 ,(với không khí khô k0 = 1.3 kg/m 3 ) 20hd là độ chứa hơi,khí khô ở điều kiện chuẩn ( 20hd =0.35 kg/m 3 ) p :áp suất khí quyển vào xyclon chùm , p = -2 mmHg B là áp suất của khí quyển , B = 760 mmHg t là nhiệt độ của khí thải 300 0 C Kiểm tra tỷ số k p   ,thiết bị làm việc tối ưu khi k p   = 45  100 m Trường hợp đã cho k p   = 2.73 546.0 40  m Cột này nằm trong giới hạn cho phép Đồ án MTKK và XLKT GVHD: PGS-TS: Nguyễn Quỳnh Hương - 38 ---------------------------- L£ ANH TUÊN 49 dt MSSV: 6269 49-------------- Xác định hiệu suất lọc bụi của xyclon chùm: Hiệu suất lọc bụi ở điều kiện chuẩn hóa tính theo công thức : 5.8 30 72.5 7.8 85 30.2 23.5 95 97 23.5 97 11.5 99 21 87.33% 100 100 i i                Kích thước hạt bụi mm 60 % theo khối lượng 5.8 7.8 30.2 23.5 11.5 21 Hiệu suất lọc 30 72.5 85 95 97 99 Đường cong hiệu quả lọc theo cỡ hạt () % của xiclon chùm Hiệu suất lọc bụi của xyclon chùm ở điều kiện thực tế được xác điịnh theo biểu đồ 2.8 sách “tính toán lọc bụi và làm sạch khí” Hiệu quả thực tế D = 250 mm ,t = 300,  = 30 0 ,v = 3.1 (m/s) , k =1.3 kg/m 3 , b =2300 kg/m 3  95 % II.4. Tính toán thiết bị làm nguội khí: Để làm nguội khí thải trước khi đưa vào các thiết bị khác có thể dùng tháp rỗng hay tháp có ô đệm, tuy nhiên trong trường hợp làm nguội đơn thuần, để giảm trở lực trên đường đi của khí ta nên dùng tháp rỗng phun nước. Về nguyên tắc khói thải và nước phun chuyển động ngược chiều nhau: nước phun từ trên xuống còn khí từ dưới lên.  Sơ đồ tháp như sau: Đồ án MTKK và XLKT GVHD: PGS-TS: Nguyễn Quỳnh Hương - 39 ---------------------------- L£ ANH TUÊN 49 dt MSSV: 6269 49-------------- c h ó t h Ýc h 3 1 2 6 4 5 9 7 8 Tính toán thiết bị này dựa vào mục 3.1- Tính toán lọc bụi và làm sạch khí- PGS, TS: Hoàng Kim Cơ. II.4.1. Tính cho lò điện: Các thông số tính toán tháp rỗng làm nguội đoạn nhiệt không khí như sau:  Lượng khí cần làm nguội: VKtt =4,48 m 3/s ở 900C  Thành phần khí thải :18,5 %- CO2, 4,96 %- O2, 76,54 %- N2(bỏ qua SO2)  Nhiệt độ khí vào tháp: t’K = 280 0 C  Nhiệt độ khí ra khỏi tháp : t’’K = 90 0 C  Áp suất của khí vào tháp lấy bằng: pK = 5000 mmH20 = 49000 N/m 2  Áp suất khí quyển: B = 760 mmHg = 101308 N/m2  Nhiệt độ nước vào tháp làm nguội: tn = 30 0 C;  Độ chứa hơi nước ban đầu của không khí: d’H20 = 0,025 kg/m 3 Tính toán thiết bị như sau: Lượng nhiệt cần lấy đi của khí để truyền cho nước được xác định theo công thức sau: Q = V0K[Cv(t’ – t”) + ( i’H20 – i”H20)], W Trong đó: Đồ án MTKK và XLKT GVHD: PGS-TS: Nguyễn Quỳnh Hương - 40 ---------------------------- L£ ANH TUÊN 49 dt MSSV: 6269 49-------------- - V0K: Lượng khí khô cần làm nguội ở điều kiện chuẩn, m 3 /s - i’K, i”K: entanpi của khí vào và ra khỏi tháp, J/m 3 - CV: nhiệt dung riêng thể tích của khí khô ở điều kiện chuẩn, J/m 3.độ Trước tiên cần xác định giá trị các đại lượng có trong công thức : Dựa vào phụ lục 4a trang 185 sách tính toán kỹ thuật lọc bụi và làm sạch khí của PGS TS Hoàng Kim Cơ, xác định nhiệt dung riêng theo thể tích các khí thành phần ở nhiệt độ trung bình: 0280 90 185 2 Kt C    Khi đó : CN2 = 1316,8 J/m 3 .K, C02 = 1379,6 J/m 3 .K, C CO2 = 1943,6 J/m 3 .K Theo công thức 1-28 xác định nhiệt dung riêng theo thể tích của khí thành phần: Chh = 1943,6.0,185 + 1379,6.0,0496 + 1316,8.0,7654 = 1435,9 J/m 3 .K Xác định entanpi của hơi nước trong khí vào tháp: i’H20 = (2480 + 1,96.t’).d’H20 = (2480 + 1,96.280).0,025 = 75,72 J/m 3 Xác định nhiệt độ của nhiệt kế ẩm và nhiệt độ nước được nung: Biết độ chứa hơi ban đầu d’H20 = 25 g/m 3 và nhiệt độ của khí vào tháp t’K = 280 0 C. căn cứ vào bảng 3.1 trang 58 suy ra được nhiệt độ của nhiệt kế ẩm tM = 57 0 C Nhiệt độ của nước ra khỏi tháp được chọn nhỏ hơn 5 đến 10 độ so với nhiệt độ của nhiệt kế ẩm, lấy nhiệt độ nứơc ra khỏi tháp sẽ nhỏ hơn nhiệt độ nhiệt kế ẩm là 9 độ, khi đó: t”H20 = 57 - 9 = 48 0 C Xác định độ chứa hơi nước d”H20 ra khỏi tháp ( ở nhiệt độ nhiệt kế ẩm) theo công thức 3.5 p = B + p = 101308 + 49000 = 150308 N/m2 Áp suất riêng phần của hơi nước bão hoà theo nhiệt độ nhiệt kế ẩm( tM = 57 0 C) : Theo phụ lục 5a, căn cứ vào nhiệt độ nhiệt kế ẩm 570C, xác định áp suất bão hoà của hơi nước: pbh = 17,4126 kN/m 2 = 17412 N/m 2 Vậy độ độ chứa hơi nước khi ra khỏi tháp: Đồ án MTKK và XLKT GVHD: PGS-TS: Nguyễn Quỳnh Hương - 41 ---------------------------- L£ ANH TUÊN 49 dt MSSV: 6269 49-------------- 20 0,805. 0,805.17412 " 0,105 150308 17412 bh H bh p d p p      kg/m 3 Entanpi của hơi nước ra khỏi tháp xác định theo công thức 3.4: i”H20 = (2480 + 1,96.t ’’ ) 2 '' H Od = (2480+1,96.48)0,105 = 270,27 J/m 3 Lượng nhiệt của khí truyền cho nước: Q = V0K[Chh(t’K – t”K) + (i’H20 – i”H20)] = 4,48.[1435,9(280-90) + (75,72-270,27)] = 1221366,5 W Xác định hiệu số nhiệt độ trung bình giữa khí và nước trong tháp theo công thức 3.7 020 20 20 20 ( ' " ) ( " ' ) (280 48) (90 30) 127,2 ' " 280 48 lnln 90 30" ' K H K H K H K H t t t t t C t t t t              Biết hệ số truyền nhiệt theo thể tích là k = 116 W/m3.K (theo tài liệu: Kỹ thuật lọc bụi và làm sạch khí) vậy thể tích có ích của tháp tính theo công thức 3.8: Vc.i = 1221366,5 82,78 . 116.127,2 Q k t    m 3 Xác định lưu lượng nước cấp vào tháp theo công thức 3.9 khi sử dụng hệ số sử dụng bằng  = 0,5: G = 20 1221366,5 32,4 . ( " ' ) 0,5.4186,8.(48 30)n K H Q C t t    kg/s Với Cn = 4186,8 J/kg.độ là nhiệt dung riêng của nước. Thể tích khí ở điều kiện thực tế ra khỏi tháp tính theo công thức:     3 2 '' '' 371 273 90 0,105 4,48 1 4,54 / 150308 0,804 371 273 1 0,804 K H O Ktt oK m s t d V V p                     Chiều cao có ích của tháp: Vc.i = H D . 4 . 2 , m 3; Biết H= 2,5D nên ta có: Đồ án MTKK và XLKT GVHD: PGS-TS: Nguyễn Quỳnh Hương - 42 ---------------------------- L£ ANH TUÊN 49 dt MSSV: 6269 49-------------- Vc.i = 4 . .5,2.5,2. 4 . 32 D D D   , m 3 Do vậy: D = .3 3 4. 4 82,78 3,48 .2,5 3,14.2,5 c iV     m Chiều cao có ích của tháp bằng: H = 2,5.3,48 = 8,7 m (Chiều cao có ích là khoảng cách giữa hai trục đường ống ra và vào tháp) Tốc độ khí qua tiết diện ngang của tháp xác định theo công thức 3.10: VKtt = K D   . 4 . 2 nên: 2 2 4. 4.4,54 0,477 . 3,14.3,48 Ktt K V D     m/s < 1 m/s Giả sử khay chứa nước chứa được lượng nước trong thời gian là 15 phút, khi đó chiều cao phải nhận của khay bằng: HKh = 2 2 .15 4 32,4 4 . . 0,852 60 . 4 3,14.3,48 G m D   Tổng chiều cao của tháp rỗng bằng: H = Hc.i + HKh = 8,7 + 0,852 = 9,552 m Xác định năng suất và số lương ống phun: Theo phụ lục 1 sách tính toán kỹ thuật lọc bụi và làm sạch khí, xác định năng suất và số lượng ống phun Thừa nhận mỏ phun 3” có đường kính tiết diện lỗ phun là 25,3 mm. Khi áp suất nước trước mỏ phun là 2 kG/m2, lưu lượng nước qua mỗi mỏ là 18,5 m3/h hay 5,1 kg/s, do đó số lượng mỏ phun là: 32,4 6,35 5,1 5,1 G n    (mỏ) lấy n = 7 mỏ Trở lực qua tháp rỗng không lớn được thừa nhận khoảng 15 đến 20 mmH20, nhận trở lực bằng 15 mmH20 = 15 kG/m 2  Tổng kết đặc tính thiết bị: - Đường kính: D = 3,48 m - Chiều cao có ích: Hc.i = 8,7 m - Chiều cao khay chứa nước: HKh = 0,852 m - Tổng chiều cao: H = 9,552 m Đồ án MTKK và XLKT GVHD: PGS-TS: Nguyễn Quỳnh Hương - 43 ---------------------------- L£ ANH TUÊN 49 dt MSSV: 6269 49-------------- - Số lượng mỏ phun: 3 (mỏ phun 3” có đường kính tiết diện lỗ phun là 25,3 mm, áp suất nước trước mỏ phun là 2 kG/m2) - Trở lực qua tháp rỗng: p =15kG/m2 II.4.2. Tính cho lò nung: Tính toán tương tự như lò điện Các thông số tính toán tháp rỗng làm nguội đoạn nhiệt không khí như sau:  Lượng khí cần làm nguội: VKtt =9,27 m 3/s ở 1200C  Thành phần khí thải :13,66 %- CO2, 6,09 %- O2, 80,25 %- N2(bỏ qua SO2)  Nhiệt độ khí vào tháp: t’K = 280 0 C  Nhiệt độ khí ra khỏi tháp : t’’K = 90 0 C  Áp suất của khí vào tháp lấy bằng: pK = 5000 mmH20 = 49000 N/m 2  Áp suất khí quyển: B = 760 mmHg = 101308 N/m2  Nhiệt độ nước vào tháp làm nguội: tn = 30 0 C;  Độ chứa hơi nước ban đầu của không khí: d’H20 = 0,025 kg/m 3 Tính toán thiết bị như sau: Lượng nhiệt cần lấy đi của khí để truyền cho nước được xác định theo công thức sau: Q = V0K[Cv(t’ – t”) + ( i’H20 – i”H20)], W Trong đó: - V0K: Lượng khí khô cần làm nguội ở điều kiện chuẩn, m 3 /s - i’K, i”K: entanpi của khí vào và ra khỏi tháp, J/m 3 - CV: nhiệt dung riêng thể tích của khí khô ở điều kiện chuẩn, J/m 3.độ Trước tiên cần xác định giá trị các đại lượng có trong công thức : Dựa vào phụ lục 4a trang 185 sách tính toán kỹ thuật lọc bụi và làm sạch khí của PGS TS Hoàng Kim Cơ, xác định nhiệt dung riêng theo thể tích các khí thành phần ở nhiệt độ trung bình: Đồ án MTKK và XLKT GVHD: PGS-TS: Nguyễn Quỳnh Hương - 44 ---------------------------- L£ ANH TUÊN 49 dt MSSV: 6269 49-------------- 0280 90 185 2 Kt C    Khi đó : CN2 = 1316,8 J/m 3 .K, C02 = 1379,6 J/m 3 .K, C CO2 = 1943,6 J/m 3 .K Theo công thức 1-28 xác định nhiệt dung riêng theo thể tích của khí thành phần: Chh = 1943,6.0,1366 + 1379,6.0,0609 + 1316,8.0,8025 = 1406,2 J/m 3 .K Xác định entanpi của hơi nước trong khí vào tháp: i’H20 = (2480 + 1,96.t’).d’H20 = (2480 + 1,96.280).0,025 = 75,72 J/m 3 Xác định nhiệt độ của nhiệt kế ẩm và nhiệt độ nước được nung: Biết độ chứa hơi ban đầu d’H20 = 25 g/m 3 và nhiệt độ của khí vào tháp t’K = 280 0 C. căn cứ vào bảng 3.1 trang 58 suy ra được nhiệt độ của nhiệt kế ẩm tM = 57 0 C Nhiệt độ của nước ra khỏi tháp được chọn nhỏ hơn 5 đến 10 độ so với nhiệt độ của nhiệt kế ẩm, lấy nhiệt độ nứơc ra khỏi tháp sẽ nhỏ hơn nhiệt độ nhiệt kế ẩm là 9 độ, khi đó: t”H20 = 57 - 9 = 48 0 C Xác định độ chứa hơi nước d”H20 ra khỏi tháp ( ở nhiệt độ nhiệt kế ẩm) theo công thức 3.5 p = B + p = 101308 + 49000 = 150308 N/m2 Áp suất riêng phần của hơi nước bão hoà theo nhiệt độ nhiệt kế ẩm( tM = 57 0 C) : Theo phụ lục 5a, căn cứ vào nhiệt độ nhiệt kế ẩm 570C, xác định áp suất bão hoà của hơi nước: pbh = 17,4126 kN/m 2 = 17412 N/m 2 Vậy độ độ chứa hơi nước khi ra khỏi tháp: 20 0,805. 0,805.17412 " 0,105 150308 17412 bh H bh p d p p      kg/m 3 Entanpi của hơi nước ra khỏi tháp xác định theo công thức 3.4: i”H20 = (2480 + 1,96.t ’’ ) 2 '' H Od = (2480+1,96.48)0,105 = 270,27 J/m 3 Lượng nhiệt của khí truyền cho nước: Q = V0K[Chh(t’K – t”K) + (i’H20 – i”H20)] = 9,27.[1435,9(280-90) + (75,72-270,27)] = 2527247 W Đồ án MTKK và XLKT GVHD: PGS-TS: Nguyễn Quỳnh Hương - 45 ---------------------------- L£ ANH TUÊN 49 dt MSSV: 6269 49-------------- Xác định hiệu số nhiệt độ trung bình giữa khí và nước trong tháp theo công thức 3.7 020 20 20 20 ( ' " ) ( " ' ) (280 48) (90 30) 127,2 ' " 280 48 lnln 90 30" ' K H K H K H K H t t t t t C t t t t              Biết hệ số truyền nhiệt theo thể tích là k = 116 W/m3.K (theo tài liệu: Kỹ thuật lọc bụi và làm sạch khí) vậy thể tích có ích của tháp tính theo công thức 3.8: Vc.i = 2527247 171,3 . 116.127,2 Q k t    m 3 Xác định lưu lượng nước cấp vào tháp theo công thức 3.9 khi sử dụng hệ số sử dụng bằng  = 0,5: G = 20 2527247 67 . ( " ' ) 0,5.4186,8.(48 30)n K H Q C t t    kg/s Với Cn = 4186,8 J/kg.độ là nhiệt dung riêng của nước. Thể tích khí ở điều kiện thực tế ra khỏi tháp tính theo công thức:     3 2 '' '' 371 273 90 0,105 4,48 1 4,54 / 150308 0,804 371 273 1 0,804 K H O Ktt oK m s t d V V p                     Chiều cao có ích của tháp: Vc.i = H D . 4 . 2 , m 3; Biết H= 2,5D nên ta có: Vc.i = 4 . .5,2.5,2. 4 . 32 D D D   , m 3 Do vậy: D = .3 3 4. 4 171,3 4,44 .2,5 3,14.2,5 c iV     m Chiều cao có ích của tháp bằng: H = 2,5.4,44 = 11,1 m (Chiều cao có ích là khoảng cách giữa hai trục đường ống ra và vào tháp) Tốc độ khí qua tiết diện ngang của tháp xác định theo công thức 3.10: Đồ án MTKK và XLKT GVHD: PGS-TS: Nguyễn Quỳnh Hương - 46 ---------------------------- L£ ANH TUÊN 49 dt MSSV: 6269 49-------------- VKtt = K D   . 4 . 2 nên: 2 2 4. 4.4,54 0,293 . 3,14.4,44 Ktt K V D     m/s < 1 m/s Giả sử khay chứa nước chứa được lượng nước trong thời gian là 15 phút, khi đó chiều cao phải nhận của khay bằng: HKh = 2 2 .15 4 67 4 . . 1,08 60 . 4 3,14.4,44 G m D   Tổng chiều cao của tháp rỗng bằng: H = Hc.i + HKh = 11,1 + 1,08 = 12,18 m Xác định năng suất và số lương ống phun: Theo phụ lục 1 sách tính toán kỹ thuật lọc bụi và làm sạch khí, xác định năng suất và số lượng ống phun Thừa nhận mỏ phun 3” có đường kính tiết diện lỗ phun là 25,3 mm. Khi áp suất nước trước mỏ phun là 2 kG/m2, lưu lượng nước qua mỗi mỏ là 18,5 m3/h hay 5,1 kg/s, do đó số lượng mỏ phun là: 67 13,14 5,1 5,1 G n    (mỏ) lấy n = 14 mỏ Trở lực qua tháp rỗng không lớn được thừa nhận khoảng 15 đến 20 mmH20, nhận trở lực bằng 15 mmH20 = 15 kG/m 2  Tổng kết đặc tính thiết bị: - Đường kính: D = 4,44 m - Chiều cao có ích: Hc.i = 11,1 m - Chiều cao khay chứa nước: HKh = 1,08 m - Tổng chiều cao: H = 12,18 m - Số lượng mỏ phun: 14 (mỏ phun 3” có đường kính tiết diện lỗ phun là 25,3 mm, áp suất nước trước mỏ phun là 2 kG/m2) - Trở lực qua tháp rỗng: p =15kG/m2 xong Đồ án MTKK và XLKT GVHD: PGS-TS: Nguyễn Quỳnh Hương - 47 ---------------------------- L£ ANH TUÊN 49 dt MSSV: 6269 49-------------- II.5. Với khí SO2 II.5.1. Mức độ cần thiết phải khử SO2 : 2 22 )( SO TCSOSO M MM   %, Trong đó: - MSO2: nồng độ SO2 có trong khói thải, mg/m 3 - MSO2(TC): nồng độ SO2 theo tiêu chuẩn thải tại nguồn, mg/m 3 ; Kết quả tính toán được cho trong bảng tính : Chất ô nhiễm TCVN6993-2001 MSO2(TC) Mùa hè MSO2  Mùa đông MSO2  SO2 375 1023 0,725 1038 0,729 II.5.2. Lựa chọn phƣơng pháp xử lý SO2 Có nhiều cách để xử lí SO2 có trong khí thải ,phương pháp phổ biến nhất là hấp thụ SO2 bằng các dung dịch đem lại hiệu quả cao mà giá thành lại rẻ.Trong trường hợp này ta sử dụng dung dịch NAOH để hấp thụ SO2 do có nồng độ cao,để giảm trở lực trên đường đi của khí ta nên dùng tháp rỗng phun nước. Tận dụng luôn tháp để giảm nhiệt độ của khói thải ra môi trường do đó ngoài tính lượng dung dịch NAOH để xử lí SO2 còn phải tính lượng nước cần để giảm nhiệt độ của không khí . Về nguyên tắc khói thải và dung dịch phun chuyển động ngược chiều nhau: dung dịch từ trên xuống còn khí từ dưới lên. Khí sau khi qua thiết bi khử CO ,và khử bụi, Lượng khói thải tăng 10% so với lượng ban đầu ,nhiệt độ của khói giảm 5 % Đồ án MTKK và XLKT GVHD: PGS-TS: Nguyễn Quỳnh Hương - 48 ---------------------------- L£ ANH TUÊN 49 dt MSSV: 6269 49-------------- II.5.2.1. Xác định lƣợng NAOH cần cung cấp cho thiết bị:  Yêu cầu làm sạch SO2 trong khí thải với hiệu suất  = 21.1% (mùa đông),do vậy khí đi ra khỏi tháp cần giảm tỷ số mol xuống còn C = 600 mg/m 3  Tháp làm việc ở nhiệt độ 150 0C và áp suất là 1 atm.  Hàm lượng SO2 trong bùn sau khi ra khỏi thiết bị X 2 =4.5g/l Xác định lượng NAOH cần cung cấp cho thiết bị: 2NAOH + SO2 = NA 2 SO 3 + H 2 O Lượng SO2 bị hấp thụ trong 1 giờ : Y1 =  Kt SO L G . 2  > GSO2 = Y1 . . LKT = 2280 .10 -6 . 0.211 *1.46*3600 = 2.6 kg/h Trong đó: Nồng độ SO2 trong khí ban đầu bằng: Y1 = 2280 mg/m 3 GSO2 khối lượng SO2 bị hấp thụ trong một giờ Số kmol SO2 bị hấp thụ trong một giờ : K = )/(0406.0 64 6.2 64 G 2SO hKmol Vậy thể tích SO2 bị hấp thụ trong một giờ là : 07,64 6.2*89,21.89,21 2 2 2  SO SO SO M G V = 0.888 ( m 3 /h) Trong đó : MSO2 là khối lượng phân tử SO2, và 21,89 là thể tích của 1 kmol khí SO2 Vậy lượng NAOH cần cung cấp : G NAOH = 2*K*40= 2*0.0406*40 = 3.248 (kg/h) Đồ án MTKK và XLKT GVHD: PGS-TS: Nguyễn Quỳnh Hương - 49 ---------------------------- L£ ANH TUÊN 49 dt MSSV: 6269 49-------------- Khí ra khỏi tháp có nhiệt độ t = 150 C0 Ta có độ tan của NAOH ở 60 0 C là 63,5 mg/100mmlH2O.Vậy lượng dung dịch NAOH cần trong 1h : V NAOH = 065.0 5.63 232.4  m 3 /h Lượng NAOH được hòa tan trong nước phun qua vòi phun vào thiết bị,dung dịch sau khi hấp thụ SO2 trong đước chứa trong ngăn phía dưới của thiết bị,sau một thời gian được lấy ra ngoài, II.5.2.2. Tính toán tháp hấp thụ khí SO2 Tính toán tháp hấp thụ khí SO2 trong trường hợp bất lợi nhất. Vào mùa hè do lưu lượng khí thải lớn nhất, trong khi tải lượng chất ô nhiễm là không đổi.Vậy ta tính toán tháp hấp thụ SO2 vào mùa hè . *) Các thông số tính toán  Nhiệt độ khói thải ban đầu: t1 = 95 0 C  Lưu lượng khí thải: LKT = 7704 m 3/h ở nhiệt độ 250 0C, do đó ở nhiệt độ 95 0C chỉ còn lại L = 250273 95273 .7704   = 5420,8 m 3 /h  Áp suất riêng phần của SO2 trong khói thải ban đầu: p’K (mmHg)  Yêu cầu làm sạch SO2 trong khí thải với hiệu suất  = 72,5% (mùa hè) Ở đây ta dùng sữa vôi Ca(OH)2 trong đó không có SO2 hoà tan, tức p”L = 0  Nhiệt độ khói thải sau khi ra khỏi tháp giả thiết bằng: t2 = 60 0 C  Nhiệt độ trung bình của khí thải trong tháp là: tK , 0 C Đồ án MTKK và XLKT GVHD: PGS-TS: Nguyễn Quỳnh Hương - 50 ---------------------------- L£ ANH TUÊN 49 dt MSSV: 6269 49-------------- tK = 2 21 tt  = 2 6095  = 77,5 0 C  Hàm lượng SO2 trong bùn sau khi ra khỏi tháp giả thiết là: X2 = 4,5 g/l *) Tính toán Nồng độ SO2 trong khí ban đầu bằng: Y1 = 1023 mg/m 3 Mặt khác : Y1 = Kt SO L. G 2  Trong đó: - GSO2 khối lượng SO2 bị hấp thụ trong một giờ GSO2 = Y1 . . LKT = 1023 .10 -6 . 0,725 . 5420,8 = 4,02 kg/h Vậy thể tích khí SO2 bị hấp thụ trong một giờ là: 07,64 02,4.89,21.89,21 2 2 2  SO SO SO M G V = 1,37 m 3 /h Trong đó : MSO2 là khối lượng phân tử SO2, và 21,89 là thể tích của 1 kmol khí SO2 Mà 760 ).( "' 2 KKKT SO ppL V   Trong đó: - p’K : độ đàn hồi hơi của SO2 trong khí thải, mmHg - p”K : độ đàn hồi hơi của SO2 trong khí thải sau khi làm sạch, mmHg Do đó: 1,37 = 760 ).(8,5420 "' KK pp  hay: p’K –p”K = 0,19 Theo đề bài không khí cần được làm sạch 72,5%, nghĩa là khí SO2 còn chứa trong khí thải là 27,5%, vậy áp suất riêng phần của SO2 trong khí thải cuối quá trình làm sạch là: Đồ án MTKK và XLKT GVHD: PGS-TS: Nguyễn Quỳnh Hương - 51 ---------------------------- L£ ANH TUÊN 49 dt MSSV: 6269 49-------------- p”K = p’K . 0,275 mmHg Thay vào công thức trên ta có p’K = 0,26 mmHg, và p”K = 0,07 mmHg - Xác định lực chuyển hấp thụ Trong tháp rửa có ô đệm, khí thải và nước chuyển động ngược chiều nhau. Vậy lực chuyển hấp thụ trung bình được xác định theo công thức: )( )( ln )()( "" '' ""'' LK LK LKLK pp pp pppp p     , mmHg Trong đó: - p’K, p”K ; là áp suất riêng phần của cấu tử bị hấp thụ trong pha khí khi vào và ra khỏi thiết bị, mmHg - p’L, p”L ; là áp suất cân bằng của khí bị hấp thụ trên bề mặt dịch thể tương ứng với p’K, p”K, mmHg Vậy lực chuyển hấp thụ trung bình bằng; 07,0 26,0 ln 07,026,0   p = 0,145 mmHg - Tính toán diện tích của tháp Giả thiết tốc độ của dòng khí thải qua tháp hấp thụ là K = 1m/s, vậy diện tích tiết diện tháp bằng: 1.273.3600 )5,77273.(8,5420 .273.3600 )273.(     K KKT th tL F  = 1,933 m 2 Đường kính của tháp bằng Dth =  F.4 =  933,1.4 = 1,6 (m) Đồ án MTKK và XLKT GVHD: PGS-TS: Nguyễn Quỳnh Hương - 52 ---------------------------- L£ ANH TUÊN 49 dt MSSV: 6269 49-------------- - Xác định tốc độ của khí qua tiết diện thoáng của ô đệm Chọn ô đệm bằng sứ (vì nhiệt độ khói thải cao) có kích thước dày 10 mm đặt theo hướng ngang có khoảng cách giữa hai trục thanh, nghĩa là tạo khoảng hở (giữa hai thanh) là 20 mm. Dọc theo chiều cao đặt nối tiếp các thanh giữa lớp này với lớp khác vậy tiết diện thoáng của ô đệm sẽ bằng 20/30 = 0,67. Trong 1 m2 ô đệm với chiều dài là 1 m có thể đặt 1000/30 = 33 thanh. Vậy trong 1 m3 ô đệm (có tính đến mỗi thanh có hai bề mặt bên) sẽ có bề mặt tiếp xúc là: f = 2 . 33 = 66 m 2 Tốc độ dòng khí khi đi qua tiết diện thoáng của ô đệm: 67,0 1 67,0  K   = 1,49 m/s - Xâc định giá trị của hệ số hấp thụ K theo công thức 25,0 25,075,0 .)7,13( )18,0.0011,0.(..0017,0 tddM TM K     Trong đó - M : khối lượng phân tử của khí bị hấp thụ, với SO2, M = 64,07 đvC -  : tốc độ của dòng khí qua tiết diện của ô đệm,  = 149 cm/s - T : nhiệt độ tuyệt đối của khí thải, T = 77,5 + 273 = 350,50K - dtd : đường kính tương đương của ô đệm, cm Đường kính tương đương của ô đệm tính bằng: 66 67,0.4 tdd = 0,04 m = 4 cm Thay vào công thức trên ta có; Đồ án MTKK và XLKT GVHD: PGS-TS: Nguyễn Quỳnh Hương - 53 ---------------------------- L£ ANH TUÊN 49 dt MSSV: 6269 49-------------- 25,0 25,075,0 4).07,647,13( )18,05,350.0011,0.(149.07,64.0017,0   K = 0,102 ( kg/m 2 .h.mmHg) - Diện tích bề mặt hấp thụ tính theo công thức: 145,0.102,0 02,4 . 2    PK G F SO = 271,8 m 2 Vậy thể tích của ô đệm cần có: 66 8,271  f F v = 4,12 m 3 Chiều cao của ô đệm được xác định theo công thức: 22 6,1.14,3 12,4.4 4 .  D V H  = 2 m - Xác định chiều cao của khay chứa dung dịch hấp thụ sau khi qua tháp : Ta có nồng độ SO2 ban đầu là Y1 = 1,023 g/m 3, nồng độ SO2 sau khi ra khỏi tháp là Y2 = 0,281 g/m 3. Hàm lượng SO2 trong bùn sau khi ra khỏi tháp là X2 = 4,5g/l Lượng sữa vôi cần cấp vào tháp rửa qua vòi phun là: LSO2= 21 21 XX YY   . LKT= 05,4 281,0023,1   .5420,8 = 893,8 ( l/h )= 0,894 m 3 /h Chọn thời gian nước lưu lại trong khay chứa nước là 2 giờ (tức cứ 2 giờ thay dung dịch một lần), khi đó thể tích của khay là: VKC = 893,8 .2 = 1787,6 (l) = 1,79 ( m 3 ) Vậy chiều cao của khay chứa nước là: HKC = 2 79,1  F VKC = 0,9 m Chọn chiều cao từ mức nước cao nhất trong khay tới mép ống dẫn khí vào là 0,2 m, khi đó toàn bộ chiều cao của tháp bao gồm: Đồ án MTKK và XLKT GVHD: PGS-TS: Nguyễn Quỳnh Hương - 54 ---------------------------- L£ ANH TUÊN 49 dt MSSV: 6269 49--------------  Chiều cao ô đệm: 2 m  Chiều cao tấm chắn nước lấy sơ bộ bằng: 0,2 m  Khoảng cách tự do để dẫn khí vào bảo đảm phân bố đều khí ở phía dưới ô đệm lấy sơ bộ bằng: 1,2 m  Khoảng cách từ tấm chắn đến vòi phun lấy sơ bộ bằng: 0,2 m  Khoảng cách từ vòi phun đến ô đệm có tính tới sự bắn toé của vòi phun lấy sơ bộ bằng: 0,3 m  Chiều cao khay chứa: (0,9 + 0,2) m Chiều cao của tháp hấp thụ: HTH = 2 + 0,2+ 1,2 + 0,2 + 0,3 +(0,9 + 0,2) = 5 m Vậy kích thước cùa tháp hấp thụ SO2:  Đường kính: DTH = 1,6 m  Chiều cao: HTH = 5 m  Kích thước của ô đệm: HÔĐ = 2 m *) Tính toán tổn thất qua thiết bị: Tính toán tương tự như đối với tháp làm mát , ta cũng tính toán tổn thất khi khói thải đi qua lớp chắn nước và lớp vật liệu rỗng , do ở đây ta không có đầy đủ số liệu về dung dịch vôi sữa , nên ta tính toán như trường hợp hấp thụ bằng nước: - Tổn thất khi khói thải đi qua lớp đệm: p1 = [44.  + (0,75 + 4,6. ).Hm].v (2,4-) p1 = [44. 2 + (0,75+ 4,6. 2). 2 894,0 ].1 2,4-2 = 92,4 kG/m 2 Tổn thất cột áp của không khí qua lớp chắn nước với bề dày : c=0, 2m p2 = 33. c.v 1,88 = 33.0,2.1 1,88 = 6,6 kG/m 2 Đồ án MTKK và XLKT GVHD: PGS-TS: Nguyễn Quỳnh Hương - 55 ---------------------------- L£ ANH TUÊN 49 dt MSSV: 6269 49-------------- Tổn thất cột áp tổng cộng: p = p1 + p2 = 92,4 + 6,6 = 99 kG/m 2 2.3. TỔN THẤT TRONG HỆ THỐNG ĐƢỜNG ỐNG DẪN KHÓI THẢI BẮT ĐẦU TỪ NGUỒN THẢI CHO ĐẾN ỐNG KHÓI 2.3.1. Tổn thất qua các thiết bị xử lí Các thiết bị bao gồm: 1. Buồng dập CO 2. Tháp làm mát: P = 15 kG/m2 3. Tháp hấp thụ SO2: P = 99 kG/m 2 Riêng trường hợp khói thải đi qua buồng dập CO là không có số liệu về tổn thất. Do đó ta có thể lấy sơ bộ bằng: P = 10 kG/m2 Như vậy tổng tổn thất qua các thiết bị bằng: P = 10 + 15 + 99 = 124 kG/m2 2.3.2. Tổn thất qua hệ thống đƣờng ống Lưu lượng khói thải bằng: - L = 7704 m3/h (ở nhiệt độ 250 0C) - L = 5420,8 m3/h (ở nhiệt độ 95 0C) - L = 4905 m3/h (ở nhiệt độ 60 0C) Với lưu lượng lớn như thế này, dựa vào phụ lục 3-[2] để tính chọn đường ống và tính toán tổn thất tương ứng với từng đoạn ống ở các nhiệt độ khác nhau như sau: - Đoạn 1: L = 7704 m3/h, v = 16,3 m/s, khi đó: D = 400 mm, R = 0,635 kG/m 2 .m, Pđ = 16,25 kG/m 2 Đồ án MTKK và XLKT GVHD: PGS-TS: Nguyễn Quỳnh Hương - 56 ---------------------------- L£ ANH TUÊN 49 dt MSSV: 6269 49-------------- Với chiều dài đường ống bằng: l = m Tổn thất theo chiều dài đường ống: - Đoạn 2: L = 5420,8 m3/h , v = 12 m/s, khi đó: D = 400 mm, R = 0,356 kG/m 2 .m, Pđ = 8,81 kG/m 2 Với chiều dài đường ống bằng: l = m Tổn thất theo chiều dài đường ống: - Đoạn 3: L = 4905 m3/h, v = 10,9 m/s, khi đó: D = 400 mm, R = 0,296 kG/m 2 .m, Pđ = 7,27 kG/m 2 Với chiều dài đường ống bằng: l = m Tổn thất theo chiều dài đường ống: Tổn thất cục bộ trên toàn bộ hệ thống đường ống: Như vậy tổng tổn thất để chọn quạt bằng: 2.4. CHỌN QUẠT HÚT Đồ án MTKK và XLKT GVHD: PGS-TS: Nguyễn Quỳnh Hương - 57 ---------------------------- L£ ANH TUÊN 49 dt MSSV: 6269 49-------------- CHƢƠNG III: TÍNH TOÁN KHUẾCH TÁN CÁC CHẤT Ô NHIỄM III.1. CÁC THÔNG SỐ BAN ĐẦU III.1.1. Các thông số vi khí hậu 1.Địa điểm xây dựng : Hà Nội 2.Hướng mặt chính của nhà máy : hướng Nam 3.Các thông số khí hậu Điều kiện khí hậu của môi trường có liên quan trực tiếp tới sự khuyếch tán các chất ô nhiễm vào môi trường xung quanh. Bảng 1-1: Các thông số khí hậu của môi trường xung quanh Mùa Hè Mùa Đông H TB t 0 C H TB  % H tt d g/m 3 H TB v m/s Hướng gió D TB t 0 C DTB % D tt d g/m 3 D TB v m/s Hướng gió 28,8 Th.7 83 22 3,2 ĐN 16,6 Th.1 80 10 3,5 ĐB III.1.2. Các thông số về nguồn thải Có 2 ống khói, 1 là lò điện cao50 m ,2 là lò nung cao 48 m , đứng độc lập nên coi là nguồn thải cao, có các thông số sau: - Chiều cao ống khói: h1 = 50 m,h2= 48 m. Đồ án MTKK và XLKT GVHD: PGS-TS: Nguyễn Quỳnh Hương - 58 ---------------------------- L£ ANH TUÊN 49 dt MSSV: 6269 49-------------- - Đường kính miệng ống khói: D1 = 4 m, D2 = 1,8 m - Nhiệt độ khói thải: t1 = 90 0 C, t1 = 120 0 C - Lưu lượng khói thải: + Về mùa hè: 1 4,48L  m 3 /s ; 2 9,27L  m 3 /s + Về mùa đông: 2 4,38L  m 3 /s ; 2 8,96L  m 3 /s Nồng độ các chất ô nhiễm sau khi đã xử lý bằng nồng độ theo tiêu chuẩn, tương ứng với lưu lượng khói thải trong 2 mùa tính toán tải lượng các chất ô nhiễm, sau đó lập thành bảng sau: TT Chất ô nhiễm Nồng độ mg/m3 Tải lượng, mg/s Lò điện Lò nung Lò điện Lò nung Mùa hè Mùa đông Mùa hè Mùa đông 1 SO2 600 540 2688 2628 5005,8 4838,4 2 CO 1200 1080 5376 5256 10011,6 9676,8 3 NO2 1020 918 4569,6 4467,6 8509,86 8225,28 4 Bụi 240 216 1075,2 1051,2 2002,32 1935,36 III.1.3. Khái quát mô hình tính khuyếch tán chất ô nhiễm - Guass  Các giả thiết : - Các điều kiện ổn định: vận tốc gió và chế độ rối không thay đổi theo thời gian. - Dòng chảy đồng nhất: vận tốc gió và chế độ rối không thay đổi theo thời gian và không gian. - Chất ô nhiễm có tính trơ, tức là không xảy ra phản ứng hoá học cũng như không có lắng đọng do trọng lực. Đồ án MTKK và XLKT GVHD: PGS-TS: Nguyễn Quỳnh Hương - 59 ---------------------------- L£ ANH TUÊN 49 dt MSSV: 6269 49-------------- - Có sự phản xạ tuyệt đối từ bề mặt đất đối với luồng khói, tức là không có sự hấp thụ của mặt đất đối với các chất ô nhiễm. - Sự phân bố nồng độ trên các mặt cắt trực giao với trục gió th.10o phương ngang (y) và theo phương đứng (z) tuân theo luật phân phối (xác suất) chuẩn Guass. - Vận tốc gió không bằng không để cho hiện tượng khuyếch tán theo phương x được coi là không đáng kể so với lực vận chuyển và lôi cuốn luồng khói về phía trước của gió.  Cơ sở tính toán Phương trình vi phân của quá trình khuyếch tán chất ô nhiễm dạng khí và lơ lửng trong khí quyển được dùng làm cơ sở cho mọi quá trình gia công toán học về quá trình này: x y z C C C C k k k x x y y z z                              Trong đó: C – nồng độ chất ô nhiễm, mg/m3;  - thời gian, s; kx, ky, kz – lần lượt là hệ số khuyếch tán rối theo phương x, y, z, Từ những cơ sở và giả thiết trên Guass đã thiết lập được công thức cơ sở cho quá trình tính toán của mình: 2 2 2 22 2 2 y z y z M y z C EXP u                 (1)  Công thức xác định sự phân bố nồng độ chất ô nhiễm theo luật phân phối chuẩn Guass Công thức (1) còn có thể được diễn giải bằng phương pháp phân tích thứ nguyên như sau: Đồ án MTKK và XLKT GVHD: PGS-TS: Nguyễn Quỳnh Hương - 60 ---------------------------- L£ ANH TUÊN 49 dt MSSV: 6269 49-------------- Từ miệng ống khói chất ô nhiễm được gió mang đi theo trục x trùng với hướng gió với vận tốc bằng vận tốc gió u, m/s. Nếu lượng phát thải các chất ô nhiễm là M, g/s là không đổi theo thời gian thì mật độ của chất ô nhiễm trên tất cả các mặt trực giao với trục gió (cũng là trục luồng khói) sẽ bằng M/u, g/m. Nếu giả thiết rằng chất ô nhiễm không có phản ứng hoá học với không khí xung quanh tức là không sản sinh ra cũng không phân huỷ đi các chất ô nhiễm, thì mật độ chất ô nhiễm trên tất cả các mặt cắt trực giao với trục gió ở mọi khoảng cách x đều như nhau. Nhưng nồng độ các chất ô nhiễm trong luồng khói giảm dần khi khoảng cách tăng do hiện tượng khuyếch tán theo phương ngang y và theo phương đứng z, chính vì vậy mà luồng khói lan rộng ra xung quanh trục luồng. Càng ra xa khỏi trục luồng theo phương y và z thì nồng độ các chất ô nhiễm lại càng giảm. Bằng những nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm Guass đã đưa ra công thức để tính toán khuyếch tán chất ô nhiễm từ nguồn điểm cao:     2 22 2 2 22 2 2 2 y z y z z z H z HM y C EXP EXP EXP                                , mg/m 3 Khi tính toán nồng độ chất ô nhiễm trên mặt đất thì z = 0 và công thức sẽ trở thành:   2 2 , 2 22 2 x y y z y z M y H C EXP EXP u                  , mg/m 3 Trường hợp tính toán sự phân bố nồng độ trên mặt đất dọc theo trục gió (trục x), ta cho y = 0 và thu được:   2 22 x y z z M H C EXP u           , mg/m 3 (2)  Chú ý: Trong các công thức ở trên chiều cao H là chiều cao hiệu quả của ống khói và nó được xác định như sau: H h h  , m Đồ án MTKK và XLKT GVHD: PGS-TS: Nguyễn Quỳnh Hương - 61 ---------------------------- L£ ANH TUÊN 49 dt MSSV: 6269 49-------------- h - độ nâng cao của vệt khói (được xác định theo phương pháp của Briggs G,A): *) Với cấp ổn định của khí quyển là từ A  D: 1 23 31.6 f F h x u   , m Với : - F là lực nổi ban đầu của luồng khói, xác định theo công thức: 2 4 khoi xq khoi T Tg D F T   , m 4 /s 3 Trong đó: - : vận tốc phụt của luồng khói, m/s - xf: khoảng cách từ nguồn đến điểm kết thúc độ nâng cao trung bình luồng khói: + Khi 55F  m 4 /s 3 thì 0.62550 f x F + Khi 55F  m 4 /s 3 thì 0.4120 f x F *) Riêng với cấp trung tính của khí quyển 2 13 3 * 1.54 F h h uu         , m Để tính toán nồng độ cực đại của các chất ô nhiễm trên mặt đất ta có thể giả thiết một cách gần đúng rằng tỷ số y/z là không phụ thuộc vào x. Lúc đó ta lấy đạo hàm phương trình (2) theo z ta sẽ có:   2Max z C H   , m Nếu biết mối quan hệ của z phụ thuộc vào x ta có thể tính được khoảng cách xM sau đó tính y phụ thuộc vào xM sau đó thay vào (2) ta có: 2 0.1656 2 Max yy M M C u Heu H     , mg/m 3 Các hệ số y và z được xác định theo công thức: Đồ án MTKK và XLKT GVHD: PGS-TS: Nguyễn Quỳnh Hương - 62 ---------------------------- L£ ANH TUÊN 49 dt MSSV: 6269 49-------------- - 0.894 y ax  , m - c z bx d   , m Trong đó các hệ số a, b, c, d được xác định bằng cách tra ở PL- 3 III.2. TÍNH TOÁN KHUYẾCH TÁN CÁC CHẤT Ô NHIỄM III.2.1. Tính cho mùa hè III.2.1.1. Xác định chiều cao hiệu quả của ống khói H H h h  , m Cấp ổn định của khí quyển dựa vào: - Vận tốc gió ở độ cao 10 m: vgió= 3,2 m/s - Hướng gió: ĐN - Bức xạ mặt trời vào ban ngày: Mạnh Do vậy cấp ổn định của khí quyển là: Cấp B ( theo bảng :3.4 – [8]) Độ nâng cao vệt khói được xác định theo công thức: 1 23 31.6 f F h x u   , m Trong đó: 2 4 khoi xq khoi T Tg D F T    , m 4 /s 3 Với:  là vận tốc phụt: 1 1 2 2 4. 4 4,48 0,357 . 3,14 4 L D        m/s 2 2 2 2 4. 4 9,27 3,645 . 3,14 1,8 L D        m/s Do đó: 2 1 9,81 0,357 4 90 28,8 2,362 4 (90 273) F        m 4 /s 3 < 55 m 4 /s 3 2 2 9,81 3,645 1,8 120 28,8 6,72 4 120 273 F        m 4 /s 3 < 55 m 4 /s 3 Đồ án MTKK và XLKT GVHD: PGS-TS: Nguyễn Quỳnh Hương - 63 ---------------------------- L£ ANH TUÊN 49 dt MSSV: 6269 49-------------- Vậy 0,625 1 50 2,362 85,56fx    m ; 0,625 2 50 6,72 164,46fx    m 1 23 3 1 2,362 1,6. 85,56 12,93 3,2 h    m ; 1 23 3 2 6,72 1,6. 164,46 28,32 3,2 h    m Do đó chiều cao hiệu quả của ống khói lò điện là: H1 = 50 + 12,93 = 62,93 m Do đó chiều cao hiệu quả của ống khói lò nung là: H2 = 48 + 28,32 = 76,32 m III.2.1.2. Xác định hệ số khuyêch tán - 0.894 y ax  , m - c z bx d   , m Trong đó: Các hệ số a, b, c, d được xác định bằng cách tra bảng 3.3- [8] Ứng với cấp ổn định của khí quyển là cấp B và khoảng cách x xuôi theo chiều gió tính từ nguồn thải (ống khói): tính cho trường hợp : x < 1 km Bảng 2-11: Các hệ số a, b, c, d, y, z x, km a b c d y , m z ,m 0,00 156,0 0 106,6 0 1,149 3,30 0,00 3,30 0.10 156,0 0 106,6 0 1,149 3,30 19,91 10,86 0,20 156,0 0 106,6 0 1,149 3,30 37,00 20,07 0,30 156,0 106,6 1,149 3,30 53,17 30,03 Đồ án MTKK và XLKT GVHD: PGS-TS: Nguyễn Quỳnh Hương - 64 ---------------------------- L£ ANH TUÊN 49 dt MSSV: 6269 49-------------- 0 0 0,40 156,0 0 106,6 0 1,149 3,30 68,76 40,50 0,50 156,0 0 106,6 0 1,149 3,30 83,95 51,37 0,60 156,0 0 106,6 0 1,149 3,30 98,81 62,57 0,70 156,0 0 106,6 0 1,149 3,30 113,41 74,06 0,80 156,0 0 106,6 0 1,149 3,30 127,79 85,79 0,90 156,0 0 106,6 0 1,149 3,30 141,98 97,75 1,00 156,0 0 106,6 0 1,149 3,30 156,00 109,90 c) Các biểu đồ khuyếch tán : Nồng độ các chất độc hại khuếch tán theo các khoảng cách khác nhau: Bảng 2-12: Nồng độ khuếch tán các chất độc trên mặt phẳng theo chiều gió Chấ M, H, u x y z Cx, mg/m 3 Đồ án MTKK và XLKT GVHD: PGS-TS: Nguyễn Quỳnh Hương - 65 ---------------------------- L£ ANH TUÊN 49 dt MSSV: 6269 49-------------- t ô nhiễm mg/s m m/s m 0 0,00 3,30 0 100 19,91 10,86 0.0236 200 37,00 20,07 0.0428 300 53,17 30,03 0.0303 400 68,76 40,50 0.0202 SO2 745 24, 7 3,5 500 83,95 51,37 0.0140 600 98,81 62,57 0.0101 700 113,41 74,06 0.0076 800 127,79 85,79 0.0059 900 141,98 97,75 0.0047 1000 156,00 109,90 0.0039 0 0,00 3,30 0 100 19,91 10,86 0.0236 200 37,00 20,07 0.0428 300 53,17 30,03 0.0303 Đồ án MTKK và XLKT GVHD: PGS-TS: Nguyễn Quỳnh Hương - 66 ---------------------------- L£ ANH TUÊN 49 dt MSSV: 6269 49-------------- 400 68,76 40,50 0.0202 CO 745 24, 7 3,5 500 83,95 51,37 0.0140 600 98,81 62,57 0.0101 700 113,41 74,06 0.0076 800 127,79 85,79 0.0059 900 141,98 97,75 0.0047 1000 156,00 109,90 0.0039 0 0,00 3,30 0 100 19,91 10,86 0.0472 200 37,00 20,07 0.0856 300 53,17 30,03 0.0605 400 68,76 40,50 0.0404 NO 2 149 0 24, 7 3,5 500 83,95 51,37 0.0280 600 98,81 62,57 0.0203 700 113,41 74,06 0.0153 800 127,79 85,79 0.0119 Đồ án MTKK và XLKT GVHD: PGS-TS: Nguyễn Quỳnh Hương - 67 ---------------------------- L£ ANH TUÊN 49 dt MSSV: 6269 49-------------- 900 141,98 97,75 0.0095 1000 156,00 109,90 0.0077 Ta có biểu đồ khuyếch tán nồng độ các chất ô nhiễm của các chất như sau: biÓu ®å kh uyÕch t ¸ n so 2 0.0000 0.0236 0.0428 0.0303 0.0202 0.0140 0.0101 0.0076 0.0059 0.00470.0039 0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 0.045 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 (m) (m g/ m 3 ) Đồ án MTKK và XLKT GVHD: PGS-TS: Nguyễn Quỳnh Hương - 68 ---------------------------- L£ ANH TUÊN 49 dt MSSV: 6269 49-------------- biÓu ®å kh uyÕch t ¸ n co 0.0000 0.0236 0.0428 0.0303 0.0202 0.0140 0.0101 0.0076 0.0059 0.0047 0.0039 0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 0.045 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 (m) (m g/ m 3 ) Đồ án MTKK và XLKT GVHD: PGS-TS: Nguyễn Quỳnh Hương - 69 ---------------------------- L£ ANH TUÊN 49 dt MSSV: 6269 49-------------- biÓu ®é kh uyÕch t ¸ n no 2 0 0.0472 0.0605 0.0404 0.0280 0.0203 0.0153 0.0119 0.0095 0.0077 0.0856 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 (m) (m g/ m 3 ) Tổng hợp 4 biểu đồ trên cùng 1 hệ trục tọa độ như sau: Đồ án MTKK và XLKT GVHD: PGS-TS: Nguyễn Quỳnh Hương - 70 ---------------------------- L£ ANH TUÊN 49 dt MSSV: 6269 49-------------- biÓu ®å k huyÕh t ¸ n c ña 4 c hÊt « nhiÔm 0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 0.012 0.014 0.016 0.018 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 ( m ) ( m g/ m 3 ) SO2 , CO NO2 Bui 3.2.2. Tính cho mùa đông a) Xác định chiều cao hiệu quả của ống khói H H h h  , m Cấp ổn định của khí quyển - Vận tốc gió ở độ cao 10 m: Vgió= 2,5 m/s - Bức xạ mặt trời vào ban ngày: vừa Do vậy cấp ổn định của khí quyển là: Cấp B Tính toán tương tự như ở mùa hè: Độ nâng cao vệt khói được xác định theo công thức: Đồ án MTKK và XLKT GVHD: PGS-TS: Nguyễn Quỳnh Hương - 71 ---------------------------- L£ ANH TUÊN 49 dt MSSV: 6269 49-------------- 1 23 31.6 f F h x u   , m Trong đó: 2 4 khoi xq khoi T Tg D F T   , m 4 /s 3 Vận tốc phụt: 22 2,1.14,3 34,1.4 . .4  D L   = 1,19 m/s )27360( 7,1360 . 4 2,1.19,1.81,9 2   F = 0,584 m 4 /s 3 < 55 m 4 /s 3 Vậy xf = 50.0,584 0,625 = 35,74 m , suy ra : 3 23 1 74,35. 5,2 584,0 .6,1h = 5,8 m Do đó chiều cao hiệu quả của ống khói là: H = 22 + 5,8 = 27,8 m b) Xác định hệ số khuyếch tán - 0.894 y ax  , m - c z bx d   , m Trong đó các hệ số a, b, c, d được xác định bằng cách tra bảng 3.3-[8] Ứng với cấp ổn định của khí quyển là cấp B và khoảng cách x xuôi theo chiều gió tính từ nguồn thải (ống khói): tính cho trường hợp :(x < 1 km) Bảng 3.5: Các hệ số a, b, c, d, y, z x, km a b c d y , m z ,m Đồ án MTKK và XLKT GVHD: PGS-TS: Nguyễn Quỳnh Hương - 72 ---------------------------- L£ ANH TUÊN 49 dt MSSV: 6269 49-------------- 0,00 156,0 0 106,6 0 1,149 3,30 0,00 3,30 0.10 156,0 0 106,6 0 1,149 3,30 19,91 10,86 0,20 156,0 0 106,6 0 1,149 3,30 37,00 20,07 0,30 156,0 0 106,6 0 1,149 3,30 53,17 30,03 0,40 156,0 0 106,6 0 1,149 3,30 68,76 40,50 0,50 156,0 0 106,6 0 1,149 3,30 83,95 51,37 0,60 156,0 0 106,6 0 1,149 3,30 98,81 62,57 0,70 156,0 0 106,6 0 1,149 3,30 113,41 74,06 0,80 156,0 0 106,6 0 1,149 3,30 127,79 85,79 0,90 156,0 0 106,6 0 1,149 3,30 141,98 97,75 Đồ án MTKK và XLKT GVHD: PGS-TS: Nguyễn Quỳnh Hương - 73 ---------------------------- L£ ANH TUÊN 49 dt MSSV: 6269 49-------------- 1,00 156,0 0 106,6 0 1,149 3,30 156,00 109,90 c) Các biểu đồ khuyếch tán : Bảng 3.6: Nồng độ khuếch tán các chất độc trên mặt phẳng theo chiều gió Ch ất ô nhiễm M, mg/s H, m u m/s x m y z Cx, mg/m 3 0 0,00 3,30 0 100 19,91 10,8 6 0.0161 200 37,00 20,0 7 0.0477 300 53,17 30,0 3 0.0377 400 68,76 40,5 0 0.0262 SO2 725 27, 8 2,5 500 83,95 51,3 7 0.0185 600 98,81 62,5 7 0.0135 Đồ án MTKK và XLKT GVHD: PGS-TS: Nguyễn Quỳnh Hương - 74 ---------------------------- L£ ANH TUÊN 49 dt MSSV: 6269 49-------------- 700 113,41 74,0 6 0.0102 800 127,79 85,7 9 0.0080 900 141,98 97,7 5 0.0064 1000 156,00 109, 90 0.0052 0 0,00 3,30 0 100 19,91 10,8 6 0.0161 200 37,00 20,0 7 0.0477 300 53,17 30,0 3 0.0377 400 68,76 40,5 0 0.0262 CO 725 27, 8 2,5 500 83,95 51,3 7 0.0185 Đồ án MTKK và XLKT GVHD: PGS-TS: Nguyễn Quỳnh Hương - 75 ---------------------------- L£ ANH TUÊN 49 dt MSSV: 6269 49-------------- 600 98,81 62,5 7 0.0135 700 113,41 74,0 6 0.0102 800 127,79 85,7 9 0.0080 900 141,98 97,7 5 0.0064 1000 156,00 109, 90 0.0052 0 0,00 3,30 0 100 19,91 10,8 6 0.0323 200 37,00 20,0 7 0.0953 300 53,17 30,0 3 0.0754 400 68,76 40,5 0 0.0524 Đồ án MTKK và XLKT GVHD: PGS-TS: Nguyễn Quỳnh Hương - 76 ---------------------------- L£ ANH TUÊN 49 dt MSSV: 6269 49-------------- NO 2 145 0 27, 8 2,5 500 83,95 51,3 7 0.0370 600 98,81 62,5 7 0.0271 700 113,41 74,0 6 0.0205 800 127,79 85,7 9 0.0160 900 141,98 97,7 5 0.0128 1000 156,00 109, 90 0.0104 Ta có biểu đồ khuyếch tán nồng độ các chất ô nhiễm của các chất vào mùa đông như sau: Đồ án MTKK và XLKT GVHD: PGS-TS: Nguyễn Quỳnh Hương - 77 ---------------------------- L£ ANH TUÊN 49 dt MSSV: 6269 49-------------- biÓu ®é kh uyÕch t ¸ n so 2 0 0.0161 0.0477 0.0377 0.0262 0.0185 0.0135 0.0102 0.0080 0.0064 0.0052 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 (m) (m g/ m 3 ) Đồ án MTKK và XLKT GVHD: PGS-TS: Nguyễn Quỳnh Hương - 78 ---------------------------- L£ ANH TUÊN 49 dt MSSV: 6269 49-------------- biÓu ®é kh uyÕch t ¸ n co 0 0.0161 0.0477 0.0377 0.0262 0.0185 0.0135 0.0102 0.0080 0.0064 0.0052 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 (m) (m g/ m 3 ) Đồ án MTKK và XLKT GVHD: PGS-TS: Nguyễn Quỳnh Hương - 79 ---------------------------- L£ ANH TUÊN 49 dt MSSV: 6269 49-------------- biÓu ®å kh uyÕch t ¸ n no 2 0 0.0323 0.0953 0.0754 0.0524 0.0271 0.0205 0.0160 0.0128 0.0104 0.0370 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 (m) (m g/ m 3 ) Tổng hợp 4 biểu đồ trên cùng 1 hệ trục tọa độ như sau: Đồ án MTKK và XLKT GVHD: PGS-TS: Nguyễn Quỳnh Hương - 80 ---------------------------- L£ ANH TUÊN 49 dt MSSV: 6269 49-------------- biÓu ®å k huyÕh t ¸ n c ña 4 c hÊt « nhiÔm 0 0.002 0.004 0.006 0.008 0.01 0.012 0.014 0.016 0.018 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 ( m ) ( m g/ m 3 ) SO2 , CO NO2 Bui

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • pdfTính toán thiết kế hệ thống xử lý khói thải bên ngoài.pdf
Luận văn liên quan