Đồ án xử lý ô nhiễm không khí

Đồ án xử lý ô nhiễm không khí GVHD: Th.S Nguyễn Tấn Dũng

Mục lục CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN3

1. Ô nhiễm không khí do bụi....................................................................................3

1.1. Định nghĩa bụi..............................................................................................3

1.2. Phân loại bụi..................................................................................................3

1.3. Tính chất hóa lí của bụi.................................................................................4

1.3.1. Tính tán xạ.............................................................................................4

1.3.2. Tính bám dính.......................................................................................4

1.3.3. Tính mài mòn........................................................................................5

1.3.4. Tính thấm..............................................................................................5

1.3.5. Tính hút ẩm và tính hòa tan...................................................................5

1.3.6. Tính mang điện......................................................................................6

1.3.7. Tính cháy nổ..........................................................................................6

1.4. Ảnh hưởng của ô nhiễm bụi..........................................................................6

1.4.1. Ảnh hưởng đến con người.....................................................................6

1.4.2. Ảnh hưởng đến thực vật........................................................................7

2. Các phương pháp xử lí bụi....................................................................................7

2.1. Phương pháp xử lí bụi khô............................................................................7

2.1.1. Buồng lắng bụi......................................................................................7

2.1.2. Cyclon...................................................................................................8

2.1.3. Hệ thống lọc túi vải...............................................................................9

2.1.4. Thiết bị lắng quán tính........................................................................10

2.2. Phương pháp lọc bụi ướt.............................................................................11

2.3. Phương pháp lọc bụi bằng tĩnh điện............................................................12

3. Tổng quan bụi xi măng........................................................................................14

3.1. Công nghệ sản xuất xi măng.......................................................................14

3.1.1. Xi măng lò đứng..................................................................................15

3.1.2. Xi măng lò quay..................................................................................15

3.2. Các nguồn phát sinh bụi xi măng................................................................19

3.3.Đề xuất quy trình công nghệ xử lí bụi..........................................................20

SVTH: Dương Công Toàn - Hoàng Thị Khuyên Trang 1


3.3.1. Cơ sở lựa chọn......................................................................................20

3.3.2. Quy trình công nghệ.............................................................................20

CHƯƠNG 2: QUY HOẠCH MẶT BẰNG..........................................................22

1.Tổng quát..............................................................................................................22

2. Quy hoạch mặt bằng............................................................................................22

2.1. Nguồn nguyên liệu.....................................................................................22

2.2. Vị trí đặt các phân xưởng............................................................................22

2.3. Hệ thống giao thông....................................................................................23

2.4. Mạng lưới điện quốc gia..............................................................................23

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG THIẾT BỊ.....................25

1. Thiết bị lắng quán tính.........................................................................................25

1.1. Nguyên lí làm việc.......................................................................................25

1.2. Vật liệu cản của thiết bị...............................................................................25

2. Tính toán thiết bị..................................................................................................26

2.1. Hiệu suất thiết bị..........................................................................................26

2.2. Khối lượng bụi thu được.............................................................................28

2.3. Tính toán thiết bị.........................................................................................30

2.4. Tính quạt vào thiết bị...................................................................................32

2.6. Tính quạt ra thiết bị.....................................................................................37

3. Tính cơ khí thiết bị..............................................................................................40

CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG VÀ VẬN HÀNH......................................................43

1. Ứng dụng............................................................................................................43

1.1. Tính kinhtế..................................................................................................43

1.2. Một số điểm cần chú ý khi vận hành thiết bị..............................................44

2. Vận hành.............................................................................................................45

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.......................................................47

1. Kết luận........................................................................................................47

2. Kiến nghị.......................................................................................................47

Tài liệu tham khảo...................................................................................................48



CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1. Ô nhiễm không khí do bụi

1.1. Định nghĩa bụi

Bụi là tập hợp nhiều hạt có kích thước bé, tồn tại lâu trong không khí dưới

dạnh bụi bay, bụi lắng và các hệ khí dung nhiều pha gồm hơi, khói, sương mù.

Bụi bay có kích thước từ 0,002-10 bao gồm tro, muội, khói và những hạt

rắn được nghiền nhỏ, chuyển động theo kiểu Brownian hoặc rơi xuống đất với vận

tốc không đổi theo định luật stoke. Về mặt sinh học, bụi này thường gây tổn

thương nặng cho cơ quan hô hấp, nhất là khi phổi nhiễm bụi thạch anh (siliccose)

do hít phải không khí có chứa bụi bioxit silic lâu ngày.

Bụi lắng có kích thước lớn hơn 10 , thường rơi nhanh xuống đất theo định

luật Newton với tốc độ tăng dần. Về mặt sinh học, bụi này thường gây tổn hại cho

da, mắt, gây nhiễm trung, gây dị ứng.

1.2. Phân loại bụi theo nguồn gốc

+ Bụi tự nhiên (bụi do động đất, núi lửa…)

+ Bụi thực vật (bụi gỗ, bông, bụi phấn hoa…)

+ Bụi động vật, người (trên lông, tóc…)

+ Bụi nhân tạo (nhựa hóa học, cao su…)

+ Bụi kim loại (sắt, đồng, chì…)

+ Bụi hỗn hợp (do mài, đúc…)

Phân loại bụi theo tác hại

Theo tác hại bụi có thể phân ra:

+ Bụi nhiễm độc chung (chì, thủy ngân, benzen)

+ Bụi gây dị ứng viêm mũi, hen, nỗi ban…(bụi bông, gai, phân hóa học, một số

tinh dầu gỗ…)

+ Bụi gây ung thư (bụi quặng, crom, các chất phóng xạ…)

+ Bụi xơ hóa phổi (thạch anh, quặng amiang…)



1.3. Tính chất hóa lí của bụi

1.3.1. Tính tán xạ

Kích thước hạt: là thông số cơ bản của bụi, vì chọn thiết bị lọc chủ

yếu dựa vào thành phần tán xạ của bụi.

Thành phần tán xạ: là hàm lượng tính bằng số lượng hay khối lượng

các hạt thuộc nhóm kích thước khác nhau.

Nhóm kích thước (nhóm cỡ hạt hay nhóm hạt): là phần tương đối của

các hạt có kích thước nằm trong khoảng trị số xác định được coi như giới

hạn dưới và giới hạn trên.

Kích thước hạt có thể được đặc trưng bằng vận tốc treo (vt, m/s) là

vận tốc rơi tự do của hạt trong không khí.

1.3.2. Tính bám dính

Tính bám dính của hạt xác định xu hướng kết dính của chúng. Độ kết

dính của hạt tăng có thể làm cho thiết bị lọc bị nghẽn do sản phẩm lọc. Kích

thước hạt càng nhỏ thì chúng càng dễ bám dính vào bề mặt thiết bị. Bụi có

60 - 70% hạt có đường kính nhỏ hơn 10 được coi là bụi kết dính.

Bảng 1.1. Phân loại theo độ bám dính

Đặc trưng kết dính của

bụi

Tên gọi

Không kết dính

Bụi xỉ khô, bụi thạch anh ( cát khô),

bụi sét khô

Kết dính yếu

Tro bay chứa nhiều sản phẩm chưa

cháy, bụi than cốc, bụi magezit

(MgCO3) khô, tro phiến thạch, bụi

apatit khô, bụi lò cao, bụi đỉnh lò.

Kết dính vừa

Tro bay chết hết, tro than bùn, bụi

than bùn, bụi magezit ẩm, bụi kim

loại, bụi pirit, các oxit của chì, kẽm

và thiếc, bụi xi măng khô, mồ hóng,



sữa khô, bụi tinh bột, mạt cưa.

Kết dính mạnh

Bụi xi măng thoát ra từ không khí

ẩm, bụi thạch cao và thạch cao mịn,

phân bón, supperphotphat kép, bụi

clinke, natri chứa muối, bụi sợi, tất

cả các loại bụi có kích thước nhỏ

hơn 10 .

1.3.3. Tính mài mòn

Tính mài mòn của bụi đặc trưng cho cường độ mài mòn kim loại ở vận tốc như

nhau của khí và nồng độ như nhau của bụi. Nó phụ thuộc vào độ cứng, hình dạng,

kích thước và mật độ của hạt. Tính mài mòn của bụi được tính đến khi chọn vận

tốc của khí, chiều dày của thiết bị và đường ống dẫn khí cũng như chọn vật liệu ốp

của thiết bị.

1.3.4. Tính thấm

Tính thấm nước có ảnh hưởng nhất định đến hiệu quả của thiết bị lọc bụi

kiêu ướt, đặc biệt khi thiết bị làm việc có tuần hoàn. Khi các hạt khó thấm tiếp

xúc với bề mặt chất lỏng, chúng bị bề mặt chất lỏng bao bọc. Ngược lại đối với

các hạt dễ thấm chúng không bị nhúng chìm hay bao phủ bởi các hạt lỏng, mà nổi

trên bề mặt nước. Sau khi bề mặt chất lỏng bao bọc phần lớn các hạt, các hạt còn

lại tiếp tục tới gần chất lỏng, do kết quả của sự va đập đàn hồi với các hạt được

nhúng chìm trước đó, chúng có thể bị đẩy trở lại dòng khí, do đó hiệu quả lọc

thấp.

Các hạt phẵng dễ thấm hơn so với các hạt có bề mặt không đều. Sở dĩ như

vậy là do các hạt có bề mặt không đều hầu hết được bao bọc bởi vỏ khí được hấp

thụ cản trở sự thấm.

1.3.5. Tính hút ẩm và tính hòa tan

Các tính chất này của bụi được xác định trước hết bởi thành phần hóa học

của chúng cũng như kích thước, hình dạng và độ nhám của bề mặt. Nhờ tính hút

ẩm và tính hòa tan mà bụi có thể được lọc trong các thiết bị lọc kiểu ướt.



1.3.6. Tính mang điện

Tính mang điện của bụi ảnh hưởng đến trạng thái của bụi trong đường ống

và hiệu suất của bụi (đối với thiết bị lọc bằng điện, thiết bị lọc kiểu ướt…). Ngoài

ra tính mang điện còn ảnh hưởng đến an toàn cháy nổ và tính dính bám của bụi.

1.3.7. Tính cháy nổ

Bụi cháy được do bề mặt tiếp xúc với oxy trong không khí, có khả năng tự

bốc cháy và tạo thành hỗn hợp nổ với không khí. Cường độ nổ của bụi phụ thuộc

vào tính chất hóa học, tính chất nhiệt của bụi, kích thước và hình dạng của các

hạt, nồng độ của chúng trong không khí, độ ẩm và thành phần của khí, kích thước

và nhiệt độ nguồn cháy.

1.4. Ảnh hưởng của ô nhiễm bụi

1.4.1. Ảnh hưởng đến con người

Bụi vào phổi gây kích thích cơ học và phát sinh phản ứng cơ hóa phổi gây

nên những bệnh hô hấp.Những hạt bụi có kích thước nhỏ hơn 10 có thể được

giữ lại trong phổi. Tuy nhiên nếu những hạt bụi này có đường kích nhỏ hơn 1

thì nó được chuyển đi như các khí trong hệ thống hô hấp. Khi có tác động củacuar

các hạt bụi tới mô phổi,đa số xảy ra các hư hại sau đây:

Viêm phổi: làm tắc nghẽn các phế quản,từ đó làm giảm khả năng phân phối

khí.

Khí thủng phổi: phá hoại các túi phổi từ đó làm giảm khả năng trao đổi khí

oxy và CO2.

Ung thư phổi: phá hoại các mô phổi, làm tắc nghẽn sự trao đổi giữa máu và

tế bào,làm ảnh hưởng khả năng của máu trong hệ thống tuần hoàn. Từ đó kéo theo

một số vấn đề đáng lưu ý ở tim, đặc biệt là lớp khí ô nhiễm có nồng độ cao.

Các bệnh khác do bệnh gây ra

Bệnh ở đường hô hấp: tùy theo nguồn gốc các loại bùi mà gây ra các bệnh

viêm mũi, họng, khí, phế quản khác nhau. Bụi hữu cơ như bông sợi, gai, làm dính



vào niêm mạc gây viêm phù thủng, tiết nhiều niêm dịch. Bụi vô cơ rắn, cạnh sắc

nhọn, ban đầu thường gây viêm mũi, tiết nhiều niêm dịch làm hít thở khó khăn, lâu

ngày có thể teo mũi, giảm chức năng giữ, lọc bụi, làm bệnh phổi nhiễm bụi dễ phát

sinh.

Bệnh gây ngoài da: bụi tác động đến các tuyến nhờn làm cho khô da, phát

sinh các bệnh về da.

Bệnh gây tổn thương mắt: do không có kính phòng hộ, bụi bắn vào mắt gây

kích thích màng tiếp hợp, viêm mi mắt, sinh ra mộng mắt, nhài mắt… ngoài ra bụi

còn có thể làm giảm thị lực, bỏng giác mạc, thậm chí gây mù mắt.

Bệnh tiêu hóa: bụi đường, bột có thể làm sâu răng, làm hỏng men răng. Bụi

kim loại có thể làm tổn thương niêm mạc dạ dày, gây rới loạn tiêu hóa.

1.4.2. Ảnh hưởng đến thực vật

Nhìn chung, bụi không có nguy hại gì đến thực vật trừ khi chúng có tính ăn

mòn cao hoặc chúng lắng đọng quá nhiều. Bụi bám quá nhiều trên vỏ hoa quả, cây

củ là nguyên nhân làm giảm chất lượng của các loại sản phẩm này, đồng thời cũng

làm tăng chi phí để làm sạch chúng. Bụi lắng trên lá còn ảnh hưởng đến khả năng

quang hợp của cây. Bụi xi măng lắng đọng làm lấp đầy những lỗ khí khổng,bao

xung quanh những hạt diệp lục thu ánh sang cần cho quá trình quang hợp. Bụi

cũng có thể làm tăng khả năng nhiễm bệnh của cây cối thông qua việc làm giăm

sức sống của cây, có thể làm cản trở khả năng thụ phấn của cây.

2. Các phương pháp xử lí bụi2.1. Phương pháp xử lí bụi khô

Phương pháp lọc bụi khô thường dung để thu hồi các loại bụi có thể tận

dụng lại hoặc tái chế.

2.1.1 Buồng lắng bụi

Cấu tạo của buồng lắng rất đơn giản – đó là một không gian hình hộp có tiết

diện ngang lớn hơn nhiều lần so với tiết diên đường ống dẫn khí. Nguyên lí chung

của phương pháp này là dựa vào sự thay đổi tốc độ đột ngột của dòng khí làm cho

động năng của dòng khí giảm, làm cho năng lượng của hạt bụi giảm và do chúng



có khối lượng lớn nên dưới tác dụng của trọng lực trái đất nó sẽ chìm xuống đáy

phòng lắng.

Buồng lắng bụi được ứng dụng để lắng bụi thô có kích thước hạt từ 60-70

trở lên. Tuy vậy, các hạt có kích thước nhỏ hơn vẫn có thể bị giữ lại trong

buồng lắng. Một vài ứng dụng thiết bị này là dùng trong lò vôi, lò đốt và các nhà

máy chế biến thức ăn gia súc.

Hình 1.1. a, buồng lắng bụi kiểu đơn giản nhất

b, buồng lắng bụi có vách ngăn

c, buồng lắng bụi nhiều tầng

2.1.2 Cyclon

Thiết bị bao gồm một hình trụ với một đường ống dẫn khí có lẫn bụi vào

thiết bị theo đường tiếp tuyến với hình trụ và một đường ống tại trục thiết bị dùng



để thoát khí sach ra. Vận tốc của dòng khí đi vào thường nằm trong khoảng 17-25

m/s sẽ tạo ra dòng khí xoáy với lực li tâm rất lớn làm cho các hạt giảm động năng,

giảm quán tính khi va đập vào thành thiết bị và lắng xuống phía dưới .Phía dưới lạ

một đáy hình nón và một phễu thích hợp để thu bụi và lấy bụi ra. Dòng khí có chứa

bụi được sự trợ giúp của quạt, làm cho chúng chuyển động xoáy trong vỏ hình trụ

và chuyển động dần xuống tới phần hình nón. Dòng khí chuyển động vượt quá tới

phần hình nón, tạo ra một lực li tâm làm cho hạt bụi văng ra khỏi dòng khí, va

chạm vào vách cyclone và cuối cùng rơi xuống phễu. Cyclon có thể sử dùng dạng

đơn hoặc cyclon dạng chùm tức là bao gồm nhiều

cyclone mắc song song với nhau nhằm làm tăng

hiệu quả lọc của tập hợp thiết bị.

Một vài ứng dụng quan trọng của loại thiết bị

này là trong các nhà máy xi măng, công nghiệp sắt

thép, nghiền lúa gạo, thực phẩm, nhà máy nhựa

đường, lọc dầu.

Hình 1.2. Cyclone

2.1.3 Hệ thống lọc túi vải

Hệ thống này bao gồm những túi vải hoặc túi sợi đan lại, dòng khí có thể

lẫn bụi được hút vào trong ống nhờ một lực hút của quạt li tâm. Những túi này

được đan lại hoặc chế tạo cho kín một đầu.Hỗn hợp khí bụi đi vào trong túi, kết

quả là bụi đươc giữ lại trong túi.


2

4

5a

2

vk

4

5b

1


Bụi càng bám nhiều vào các sợi vải thì trở lực do túi lọc càng tăng. Túi lọc

phải làm sạch theo định kỳ, tránh quá tải cho các quạt hút, làm cho dòng khí có lẫn

bụi không thể vào túi lọc. Để làm sạnh túi có thể dùng biện pháp rũ túi để làm sạch

bụi ra khỏi túi hoặc có thể dùng các sóng âm truyền trong không khí hoặc rũ túi

bằng phương pháp đổi ngược chiều dòng khí, dùng áp lực hoặc ép từ từ.

Một vài căn cứ để chọn túi lọc là nhiệt độ nung chảy, tính kháng axit hoặc

kháng kiềm, tính chống mài mòn, chống co và năng suất lọc của từng loại vải. Một

vài loại sợi thường được dùng bao gồm sợi bông, sợi len, nylon, sợi amiang, sợi

silicon, sợi thủy tinh.

Thiết bị lọc bụi túi vải thường đặt phía sau thiết bị lọc bụi cơ học để giữ lại

những hạt bụi nhỏ mà quá trình lọc cơ học không giữ lại được. Khi các hạt bụi thô

hoàn toàn đã được tách ra thì lượng bụi trong túi sẽ giảm đi. Một vài ứng dụng của

túi lọc là trong các nhà máy xi măng, lò đốt, lò luyện thép và máy nghiền ngũ cốc.

9 5

4

3

2

6

47

1

8

Hình 1.3. Thiết bị lọc bụi tay áo

2.1.4. Thiết bị lắng quán tính



Nguyên lí cơ bản để chế tạo thiết bị lọc bụi kiểu quán tính là làm thay đổi

chiều hướng chuyển động của dòng khí một cách liên tục, lặp đi lặp lại bằng

những vật cản có hình dáng khác nhau. Khi dòng khí đổi hướng chuyển động thì

bụi do có sức quán tính sẽ giữ hướng chuyển động ban đầu của mình và va đập

vào các vật cản rồi bị giữ lại ở đó hoặc mất động năng và rơi xuống đáy thiết bị.

Một số dạng thiết bị lọc bụi kiểu quán tính: venture, kiểu màn chắn uốn

cong, kiểu lá sách, kiểu quán tính kết hợp với buồng lắng bụi, thiết bị lọc tro lò

hơi của Ambuco,…

Hình 1.4. a, thiết bị lắng “lá sách”

b, thiết bị lắng quán tính kiểu “lá sách” hình chóp cụt

2.2. Phương pháp lọc bụi ướt

Nguyên tắc của phương pháp lọc bụi ướt là người ta cho dòng không khí có

chứa bụi tiếp xúc trực tiếp với dung môi (thường là nước). Quá trình tiếp xúc có



thể ở dang hạt (khi nước được phun thành các hạt nước có kích thước và mật độ

cao), dạng bề mặt khi thiết bị có sử dụng lớp đệm (nước chảy trên các bề mặt vật

liệu đệm), dạng bọt khí khi sử dụng tháp sủi bọt hay tháp mâm. Các hạt bụi có thể

kết dính lại với nhau và bị giữ lại trong dung môi nhờ cơ chế va đạp, tiếp xúc và

khuêchs tán còn dòng khí sạch sẽ đi ra khỏi thiết bị.

Hình 1.5. Thiết bị rửa khí với lớp đệm chuyển động

2.3. Phương pháp loc bụi tĩnh điện

Thiết bị lọc bụi tĩnh điện sử dụng một hiệu điện thế cưc cao để tách bụi, hơi,

sương, khói khỏi dòng khí. Có 4 bước cơ bản để được thực hiên là:

- Dòng điện làm các hạt bụi bị ion hóa

- Chuyển các ion bụi từ các bề mặt thu bụi bằng lực điện trường.

- Trung hòa điện tích của các bụi lắng trên bề mặt thu.



- Tách bụi lắng ra khỏi bề mặt thu. Các hạt bụi có thể được tách ra bởi một áp

lực hay nhờ rửa sạch.

- Thiết bị này có thể thu được những hạt rất nhỏ (1 - 44 ) với hiệu quả rất cao,

có thể đạt tới 99,99%. Khi dòng khí chứa quá nhiều bụi trong nó thì ta đặt ta đặt

một thiết bị cơ học phía trước đó,lọc bớt lượng bụi thô trước khi lọc bằng thiết bị

tĩnh điện. Axit, chất thải, nhiệt độ cao và vật chất có tính ăn mòn đều có thể làm

thể làm hư hại thiết bị. Thiết bị lắng tĩnh điện được ứng dụng trong các trường

hợp thu bụi tại khâu tán than đá thanh bột dùng trong nhà máy nhiệt điện, nhà máy

luyện thép, nghiền xi măng, sản xuất giấy.

Hình 1.6. Thiết bị lọc bụi tĩnh điện

Bảng 1.2. So sánh các thiết bị lọc bụi

Thiết bị Ưu điểm Nhược điểm

Cyclone - Vốn thấp,ít phải bảo trì

- Sụt áp nhỏ(5 - 15 mmH2O)

- Thu bụi khô

- Ít chiếm diện tích

- Hiệu suất thấp với bụi

nhơ hơn 10 .

- Không thu được bụi có

tính kết dính.

Rửa ướt - Không sinh nguồn bụi thứ

cấp

- Ít chiếm diện tích

- Có khả năng giữ được cả

- Sinh ra cặn bùn,nước

thải.

- Chi phí bảo trì cao do


3

1

2

5

4

+

_

kh«ng khÝs¹ch ra

kh«ng khÝ

bôi vµo


khí và bụi

- Có thể lọc được bụi kích

thước dưới 0,1

- Vốn thấp

nước rò rỉ ăn mòn thiết bị.

Lọc tĩnh điện - Hiệu suất lọc cao,tiết kiệm

năng lượng

- Thu hồi được cả bụi khô và

bụi ướt

- Sụt áp nhỏ

- Ít phải bảo trì

- Xử lí lưu lượng lớn

- Vốn lớn

- Nhạy với thay đổi dòng

khí

- Khó thu bụi với những

điện trở khá lớn.

- Chiếm diện tích lớn,dễ

gây cháy nổ nếu khí chứ

khí và bụi cháy được

Lọc bụi tay áo - Hiệu suất rất cao

- Có thể tuần hoàn khí

- Bụi thu được ở dạng khô

- Chi phí vận hành thấp,có

thể thu bụi dễ cháy

-Dễ vận hành

- Cần vật liệu riêng ở

nhiệt độ cao

- Cần công đoạn rũ bụi

phức tạp .

- Chi phí vận hành cao do

vải dễ hỏng

- Tuổi thọ giảm trong môi

trường axit,kiềm.

- Thay thế túi vải phức

tạp.

Lọc bụi bằng lực

quán tính

- Tổn thất áp suất rất nhỏ.

- Vốn thấp

- Thiết bị dễ chế tạo.

- Có thể thu được bụi có tính

kết dính.

- Hiệu quả thấp với những

loại bụi có kích thước nhỏ

hơn 20µm.

- Chiếm diện tích khá

nhiều.

3. Tổng quan bụi xi măng

3.1. Công nghệ sản xuất xi măng



Nguyên liệu sản xuất clinker xi măng là đá vôi, đất sét, cát, quặng sắt được

pha trộn theo đơn phối liệu cần thiết rồi nghiền trong máy nghiền (máy nghiền

bi hoặc máy nghiền đứng). Nghiền ướt hay nghiền khô phụ thuộc công nghệ đã

lựa chọn. Phối liệu đã mịn được đưa vào lò, nung ở nhệt độ cao (1450 ), kết

khối thành clinker. Theo nguyên lý hoạt động lò nung, ta chia công nghệ xi

măng lam hai nhóm.

+ Xi măng lò đứng

+ Xi măng lò quay

3.1.1. Xi măng lò đứng

Phối liệu vào lò được vo thành viên (10 - 20mm) với độ ẩm 12 - 16% cho

vào nung trong lò đứng tạo thành clinker. Nhiên lệu than cũng được tạo viên (2 -

5mm), đổ chung lẫn vào viên phối liệu. Tốt nhất là dùng than cốc hoặc than

antraxit( ít tro, ít chất bốc tạo lửa ngắn ). Khi cháy môi trường nung chủ yếu là môi

trường khử, trong clinker lẫn FeO, C5A3, C6AxFy và Fe tạo dung dịch rắn đối với

C3S, C2S. Than cháy truyền nhiệt gần như trực tiếp cho viên phối liệu, vì vậy hiệu

suất nhiệt rất cao.

Clinker nung từ lò đứng có chất lượng thấp do phản ứng tạo khoáng chỉ ở

pha rắn (nhiệt độ nung 1400-1450 ), mức kết khối kém, phản ứng không hoàn

toàn. Phần làm nguội khó điều khiển, khó đảm bảo chất lượng. Hơn nữa, xi măng

lò đứng gây ô nhiễm môi trường nên hiện tại hầu như không tồn tại ở những nước

công nghiệp phát triển.

Ở Việt Nam, có khoảng 100 lò đứng với tổng sản lượng khoảng 4 triệu tấn xi

măng/ năm. Công nghệ xi măng lò đứng sẽ không được tiếp tục đầu tư, các nhà

máy hiện có phải chuyển đổi công nghệ khác trong tương lai gần.

3.1.2. Xi măng lò quay

Theo độ ẩm của phối liệu vào lò nung, ta chia công nghẹ xi măng này

thành 3 nhóm

+ Phương pháp ướt (phối liệu vào ở dạng bùn past, độ ẩm khoảng 36-42%)



+ Phương pháp khô (độ ẩm phối liệu vào khoảng < 1%

+ Phương pháp bán khô (độ ẩm phối liệu vào lò 10 - 12%)

Phương pháp ướt

Phối liệu được nghiền ướt thành dạng bùn, độ ẩm 36 - 42% chứa trong

những bể bùn lớn rồi đưa vào nung trong các thiết bị lò quay.

Lò quay có ống hình trụ dài 120 - 150m, đường kính 2,4 - 4m, đặt

nghiêng 4 - 6 , quay với vận tốc 40 – 70 m/ph. Ở đầu lò thấp, người ta phun nhiên

liệu( bột than, dầu, khí) vào đốt, nhiên liệu cháy trong khoảng không gian của lò.

Ở đầu lò cao, đưa phối liệu vào.

Nguyên liệu khai thác ở mỏ, chuyền về nhà máy. Định lượng nguyên liệu

bằng hệ thống cân và bin tiếp liệu, rồi đưa vào máy nghiền bị ướt. Phối liệu ướt,

đủ độ mịn được chứa trong những bể chứa. Bể chứa có những cánh khuấy cơ học,

đồng thời sục khí nén làm đồng đều. Hệ thống nghiền ướt và các bể chứa bùn cần

diện tích mặt bằng lớn. Khi chứa trong bể ta có thể điều chỉnh thành phần phối

liệu trước khi nung. Bùn phối liệu vào lò nung, nhiên liệu than được nghiền mịn

bằng máy nghiền phun vào lò theo hướng ngược chiều hướng hối liệu.Sau những

biến đổi hóa lý, phối liệu thành clinker ra khỏi lò quay, được làm nguội bằng thiết

bị làm nguội kiểu ghi. Silo chứa clinker. Từ đây có thể xuất clinker tới các trạm

nghiền ngoài nhà máy nhờ giao thông vận tải, hoặc nghiền với các phụ gia và

thạch cao bằng máy nghiền bi thành xi măng.

Lò quay nung clinker rất dài (120 - 150m, lò dài nhất tới 240m) tất cả các

quá trình hóa lý từ bay hơi ẩm, phản ứng pha rắn, tạo pha lỏng và kết khối clinker

xảy ra trong lò quay. Tiêu tốn năng lượng riêng (kcal/kg clinker) trong lò quay

phương pháp ướt rất cao (1300 - 1450 kcal/kg clinker). Để tăng hiệu quả sấy phối

liệu và rút ngắn chiều dài lò, người ta lắp thêm các xích sắt ở phần đầu lò hoặc

tách riêng thiết bị sấy nếu có thể khỏi lò quay.

Phương pháp khô

Nguyên liệu đá vôi, đất sét và quặng sắt được các pin tiếp liệu đưa vào

nghiền trong máy nghiền đứng, nghiền khô. Bột phối liệu mịn được đưa vào silo

dồng nhất. Bột phối liệu cao có mức đồng nhất đạt yêu cầu được bơm khí nén



chuyển vào lò nung. Do phối liệu khô, lò nung có cấu tạo hai phần: phần thiết bị

trao đổi nhiệt kiểu treo và phần lò quay. Than đá được nghiền bằng máy nghiền

phun cháy trong lò theo chiều ngược với chiều chuyển vận của bột phối liệu. Khói

lò có thể lọc qua tháp tách kiềm. Làm nguội clinker bằng thiết bị làm nguội kiểu

ghi, sau đó chứa trong silo. Từ đây có thể xuất clinker trực tiếp theo hệ thống vận

tải, hoặc nghiền với các phụ gia và thạch cao thành xi măng chứa trong các silo.

Các máy nghiền đứng nghiền nguyên liệu trong phương pháp khô có ưu thế

hơn so với phương pháp nghiền ướt về nhiều chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật, môi

trường. Năng lượng tiêu tốn là 730 - 800 kcal/kg clinker.

Phương pháp bán khô

Độ ẩm phối liệu đầu vào trong khoảng 10 - 12%. Do độ ẩm còn tương đối

cao, cần có bộ phận sấy phối liệu trước khi vào lò. Để sấy phối liệu có thể có thêm

thiết bị sấy đứng hoặc sấy thùng quay trước khi vào thiết bị trao đổi nhiệt kiểu

treo của lò. Hiện nay, các nhà máy hầu như không dùng phương pháp này mà chỉ

dùng phương pháp ướt hoặc phương pháp khô.



Hình 1.7: Sơ đồ quy trình sản xuất xi măng



3.2. Các nguồn phát thải bụi trong sản xuất xi măng

Hình 1.8: Các nguồn phát sinh bụi trong quá trình sản xuất


clinkerThạch cao Phụ gia

Định lượng Bụi thải

Băng tải và phân ly tử Bụi thải

Máy nghiền và phân

hạt

Bụi thải

Bơm xi măng về silo Bụi thải

Máy xuất xi măng Đóng bao xi măng Bụi thải

Bụi thảiXuất xi măng bao Bụi thải


Bụi phát sinh ở hầu hết các công đoạn sản xuất: nổ mìn, lấy đá, khai thác đất

sét, nghiền nguyên liệu, nghiền xi măng, vận chuyển, nung…Bụi phát sinh chủ yếu

ở khâu nghiền. Lượng bụi tạo thành trong quá trình khai thác đá là:

0,4 kg bụi/tấn đá trong công đoạn nổ mìn khai thác đá hộc.

0,14 kg bụi/tấn đá khi nghiền khô và 0,009 kg/tấn theo phương pháp ướt.

0,17 kg bụi/tấn đấ khi bốc xếp, vận chuyển.

3.3. Đề xuất quy trình công nghệ xử lí bụi

3.3.1. Cơ sở lựa chọn

- Để lựa chọn từng thiết bị thu bụi hoặc thiết bị lọc sạch bụi cần phải chú ý

các điều kiện sau:

- Tính chất của bụi:kích cỡ,hình dạng,mật độ,độ ẩm,tính hút ẩm(tức là tính

hấp thụ hoặc hút hơi nước),tính dẫn điện,tính cháy ,tính ăn mòn,độ mài mòn và

tính độc của bụi.

- Tính chất của dòng khí mang bụi:nhiệt độ,độ chứa ẩm,tính ăn mòn,tính

cháy,áp suất,độ ẩm tương đối,mật độ,tính dính, tính dẫn điện và tính độc của dòng

khí có mang theo hạt bụi.

- Các tiêu chuẩn về khí thải của nhà nước ban hành.

- Yếu tố phát sinh: tốc độ sa lắng của bụi theo kích thước hạt bụi,lưu lượng

dòng khí, nồng độ hoạt động của nguồn lien tục hay gián đoạn,hiệu quả mong

muốn.

- Hiệu quả thu bụi: kích cỡ hạt bụi có trong dòng khí là rất quan trọng cho

khả năng thu bụi của thiết bị, hay hiệu quả thu bụi phụ thuộc kích cỡ hạt bụi và độ

phân tán.

3.3.2. Quy trình công nghệ

Bụi và khí thải phát sinh trong quá trình sản xuất được tho gom bằng các

chụp hút bụi.Quạt hút trên đường ống sẽ hút và dẫn bụi vào thiết bị lắng (lắng

quán tính).Dòng khí đi vào thiết bị theo phương ngang sẽ bị đổi hướng chuyển

động do va đập với vật cản(các tấm chắn),khi dòng khí đổi hướng chuyển động thì

bụi do có sức quán tính lớn sẽ giữ hướng chuyển động ban đầu của mình và va

đập vào các vật cản rồi bị giữ lại ở đó hoặc mất động năng và rơi xuống thiết



bị.Đầu bên kia của thiết bị ,quạt hút sẽ hút khí sạch và khí nay sẽ theo đường ống

khói bay ra ngoài không khí.

Bụi

Khí sạch

Hình 1.9. Sơ đồ quy trình công nghệ xử lý bụi nhà máy sản xuất xi măng


Quạt hút

Nhà xưởng Chụp hút

Lọc bụi quán

tính

Quạt đẩy

Ống khói

Thùng chứa

bụi thu hồi


CHƯƠNG 2: QUY HOẠCH MẶT BẰNG

1. Tổng quát

Đặc điểm của các nhà máy sản xuất xi măng phát sinh những khí thải độc

ảnh hưởng lớn đến sức khỏe và cảm quan của người dân.

Ngay từ đầu, khi lập luận chứng kinh tế kỹ thuật, ta phải nghiên cứu kỹ,

tính toán dự báo tác động của công trình đó tới môi trường, phải đảm bảo khi đưa

vào vận hành sử dụng công trình đó, không gây ô nhiễm môi trường không khí, tức

là nồng độ chất độc hại do chúng thải ra, nhập với nồng độ chất độc hại của khu

vực đó, không vượt quá nồng độ cho phép.

Cần nắm rõ các đặc tính khí hậu, nhiệt độ, độ ẩm, lượng mưa hàng năm và

vị trí địa lý của mặt bằng cần quy hoạch.

2. Quy hoạch mặt bằng

2.1. Nguồn nguyên liệu

Nhà máy sản xuất xi măng được quy hoạch trong mặt bằng của khu công

nghiệp, xa khu vực dân cư, nghiên cứu về thổ nhưỡng, đặc điểm của khu vực đối

với việc sản xuất. Trong khu công nghiệp có các nhà máy khác nhau để có thể tận

dụng nguồn nguyên liệu cho sản xuất.

Thông thường các nhà máy sản xuất xi măng thường nằm trong tổng liên

doanh của các công ty dầu khí để tận dụng được nguồn khí thiên nhiên. Đồng thời

được xây dựng gần các mỏ đá vôi để thuận lợi cho việc vận chuyển nguyên liệu

đến nơi chế biến.

2.2. Vị trí đặt các phân xưởng

Trong nhà máy cần phân định rõ khu sản xuất, khu phụ trợ, kho tàng, khu

hành chính phục vụ, cần sắp xếp để khi mở rộng quy mô không ảnh hưởng đến sản

xuất, tạo điều kiện để khai thác nhà máy thuận lợi đồng thời dễ dàng tập trung các

nguồn thải, các thiết bị làm sạch, các hệ thống thông gió xử lý không khí, các thiết

bị kiểm tra kiểm soát và báo động ô nhiễm môi trường.

Các khu nhà, các nhóm nhà, và trong từng ngôi nhà cần phải thông thoáng

tự nhiên tốt, chiếu sáng tự nhiên tốt. Muốn vậy phải nắm vững các quy luật về khí

động, bố trí nhà cho hợp lý, không những nhà này không che chắn nhà kia, mà còn



làm sao để có thể nhà này tạo cho nhà kia thông thoáng tốt hơn. Xung quanh khu

hành chính nên bố trí trồng cây xanh để giảm ảnh hưởng xấu của các chất độc hại,

ngăn bớt khói bụi và tiếng ồn và giảm bớt bức xạ mặt trời.

Thường thì các nhà thấp nên bố trí ở đầu hướng gió chính. Nếu vùng xây

dựng không có hướng gió nào là chính, tần suất gió ở các hướng xấp xỉ nhau thì

nên đặt các nhà cao vào giữa khu.

2.3. Hệ thống giao thông

- Đường thủy: vận chuyển bằng đường thủy có rất nhiều thuận lợi và là

phương thức vận chuyển được xem là bảo vệ môi trường,do đó các nhà máy xi

măng thường được bố trí gần các con sông để thuận tiện cho việc vận chuyển

nguyên vật liệu và sản phẩm bằng đường thủy, vì vậy cần có hệ thống cảng nối vào

nhà máy.

- Đường bộ: gần các trục giao thông chính, đảm bảo thông thoáng, thuận

lợi cho việc vận chuyển. Trong nhà máy cũng cần xây dựng hệ thống giao thông

hợp lý đảm bảo lưu thông không ách tắc.

2.4. Mạng lưới điện quốc gia

Nguồn điện cung cấp cho nhà máy cần ổn định, đảm bảo nhu cầu sản xuất

của nhà máy, nhất là trong quá trình sản xuất, tốt nhất là đặt trạm biến thế 110 kV.

Ngoài ra trong nhà máy cần có chu trình công nghệ khép kín cùng với việc

tự tạo điện năng và hơi nước để nhà máy hoàn toàn chủ động trong sản xuất kể cả

khi lưới điện quốc gia gặp sự cố hoặc không đủ cung ứng điện.



Hình 1.8: Sơ đồ quy hoạch mặt bằng

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN

THIẾT BỊ

1.Thiết bị lắng bụi quán tính kiểu “lá

sách”


Khu dân cư

Hệ thống giao thông đường thủy

Nhà máy sản xuất xi măng

Hệ thống giao thông đường bộ

Ống

khói

Hệ

thống

xử lý

khí

thải

Quạt

hút

Lọc bụi

quán tínhChụp

hút

Mạng lưới điện

Khí thải

Quạt

đẩy


Thiết bị lọc quán tính kiểu “lá

sách” cấu tạo của Stairmand gồm một

không gian hình trụ, bên trong có đặt các

tấm chắn đặt song song nhau và chéo góc

với hướng chuyển động ban đầu của

dòng khí, lệch một góc bằng 30o so với

phương ngang.

Thiết bị có hiệu quả cao đối với bụi

có kích thước > 20µm. Được sử dụng

trong các nhà máy xi măng, công nghiệp

sắt thép, lò vôi, lò đốt, các nhà máy chế

biến thức ăn gia súc.

1.1. Nguyên lí làm việc

Dòng khí mang bụi được thổi vào thiết bị theo phương từ trên xuống sẽ bị đổi

hướng chuyển động bởi tấm chắn dòng trong các ngoặt của mương dẫn, lúc này

những hạt bụi lớn do có sức quán tính lớn sẽ giữ hướng chuyển động thẳng của

mình và va đập vào tấm chắn rồi rơi xuống thiết bị thu bụi. Dòng khí sạch sẽ đi

qua khe hở của tấm chắn đi ra ngoài.

1.2. Vật liệu cản của thiết bị

Vật liệu cản cần thõa mãn các yêu cầu sau:

- Có khả năng giữ bụi.

- Độ bền cơ học cao trong điều kiện nhiệt độ và môi trường ăn mòn.

- Có khả năng phục hồi tốt.

- Giá thành thấp.

Vật cản bụi trong thiết bị lắng quán tính có thể là những tấm sắt, thép hoặc

bê tông. Bề dày của vật cản khoảng 0,4-0,6 cm, các tấm chắn được nối với nhau

bằng các thanh sắt nhỏ có ốc vít cố định, khoảng cách giữa các tấm lá 5 - 10cm.

2.Tính toán thiết bị

2.1. Hiệu suất thiết bị

- Lưu lượng khí cần lọc: Q= 2570 m3/h



riêng của bụi b=2900 kg/m3

Nhiệt độ không khí ra tk = 400C

` k40oC = = =1,13 kg/m3

- Nồng độ bụi vào thiết bị Cv= 500mg/m3

- Nhiệt độ khí bụi vào: tb = 1000C.

Khối lượng riêng của không khí ở 1000C: [1]

` k100oC =

Trong đó : p: áp suất,mmHg,p=760 mmHg

t: Nhiệt độ không khí, 0C.

` k100oC = = 0,95 kg/m3

Khối lượng Nồng độ bụi cho phép thải ra môi trường theo QCVN 19-

2009,loại A CTC=50mg/m3 (ở điều kiện chuẩn 00C và áp suất bằng 760

mmHg).

Nồng độ tối đa cho phép của các chất ô nhiễm trong khí thải của các cơ sở sản

xuất ,chế biến, kinh doanh, dịch vụ thải ra môi trường không khí:

Cmax=CTC Kp Kv

Trong đó Cmax: Nồng độ tối đa cho phép của chất ô nhiễm trong khí thải của các co

sở sản xuất, chế biến, kinh doanh, dịch vụ thải ra môi trường không khí, mg/Nm3.

CTC: Giá trị nồng độ tối đa cho phép của chất ô nhiễm quy định trong QCVN19 -

2009.

Kp: Hệ số theo lưu lượng nguồn thải:



Lưu lượng nguồn thải(m3/h) Giá trị hệ số Kp

P 20.0001

20.0000,9

P>100.000 0,8

Kv: Hệ số vùng,khu vưc,nơi có sở sản xuất, chế biến, kinh doanh, dịch vụ.

Phân vùng Giá trị hệ số Kv

Vùng 1 Nội thành đô thị loại đặc biệt

(1) và đô thị loại 1 (1); rừng

đặc dụng (2); di sản thiên

nhiên , di tich lịch sử văn

hóa được xếp hạng (3); cơ sở

sản xuất chế biến, kinh

doanh, dịch vụ có khoảng

cách ranh giới đến khu vực

này dưới 02 km.

0,6

Vùng 2 Nội thành,nội thành đô thị

loại II, III, IV (1): Vùng

ngoại thành đô thị loại đặc

biệt, đô thị loại một có

khoảng cách đến ranh giới

cách khu vực này dưới 02

km.

0,8

Vùng 3 Khu công nghiệp: đô thị loại

IV (1), vùng ngoại

1



thành ,ngoại thị đô thị loại II,

III, IV có khoảng cách đến

ranh giới nội thành, nội thị

lớn hơn hoặc bằng 02 km, cơ

sở sản xuất chế biến, kinh

doanh, dịch vụ có khoảng

cách ranh giới đến khu vực

này dưới 02 km(4).

Vùng 4 Nông thôn. 1,2

Vùng 5 Nông thôn miền núi. 1,4

Cmax=50 1 1=50 mg/m3.

Ở điều kiện thường t=20oC, nồng độ ra:

Cr=50 =43,6 mg/m3.

Hiệu suất của thiết bị: = = = 90

2.2. Khối lượng bụi thu được

Lượng hệ khí vào thiết bị lắng quán tính [1]

Gv= v Qv (1)

Trong đó: v = b yv (1- yv) k (2)

Với: v là khối lượng riêng của hỗn hợp khí bụi



b là khối lượng riêng của bụi (bụi xi măng b = 2900 kg/m3)

yv là nồng độ bụi đi vào thiết bị, % khối lượng: yv = (3)

k là khối lượng riêng của khí: k100oC = 0,95 kg/m3

Thay (3) vào (2) ta được:

v = b k => v2 - k v – ( b - k) = 0

Thay các giá trị vào ta được : v2 – v – ( – ) = 0

Giải phương trình ta được v = 1,77.

Thay vào (1) Gv= v Qv => Gv= 2570 = 4548,9 kg/h

Thay giá trị này nào (2) ta được

Nồng độ bụi đi vào thiết bị, % khối lượng

yv = => yv = = 0,028%.

Nồng độ bụi đi ra thiết bị, % khối lượng

yr =yv(1-η) = 0,028 (1-0,9) = 0,0028 %.

Lượng hệ khí ra khỏi thiết bị

Gr=Gv = 4548,9 = 4547,8 kg/h.



Lượng khí sạch hoàn toàn [1]

Gs=Gv = = 4547,6 kg/h.

Lưu lượng hệ khí ra ngoài thiết bị [1]

Qr = = = 2569, 4m3/h.

Năng suất của thiết bị lọc theo lượng khí sạch hoàn toàn

Qs= = = 4786,9 m3/h.

Lượng bụi thu được

Gb= Gv - Gr =4548,9 - 4547,8 = 1,1 kg/h

Khối lượng bụi thu được trong một ngày

m = 1,1 x 24 = 26,4 kg/ngày

Thể tích bụi thu được

V = = 0,009 m3



2.3. Tính toán thiết bị

Chọn vận tốc vào thiết bị, qua đường kính ống d1 là v1 = 25 m/s. Khi đường

kính ống d1 của thiết bị được tính theo công thức

d1 = = = 0,2 m

Chọn vận tốc ra thiết bị, qua đường kính ống d1 là v1 = 18 m/s. Khi đường

kính ống d1 của thiết bị được tính theo công thức



d2 = = = 0,22 m

Chọn đường kính D của thiết bị là 0,5m, khi đó vận tốc dòng khí trong thiết

bị là

V = = = 3,7 m/s.

Phương trình cân bằng năng lượng (a) và (b), (chọn mặt chuẩn nằm ngang

tại b)

Pa + va2 + = Pb + vb

2 + + s

Pa = Pb = Pkq, va = vb vì D như nhau, lưu lượng Q xấp xỉ nhau

Thế các giá trị vào phương trình ta được

= s, với s là tổng tổn thất áp suất từ a đến b

s = ⅀ sdd + ⅀ scb)

= ⅀ sdd + ⅀ scb)

⅀ sdd: tổn thất áp suất dọc theo đường ống, ⅀ sdd =

: hệ số ma sát dọc theo chiều dài ống

Hệ số Re: Re =

Trong đó: va là vận tốc dòng khí trong thiết bị = 0,91 m/s.



: khối lượng riêng của hỗn hợp khí bụi = 1,77 kg/m3

: độ nhớt động học, = 0 , 0 = 17,17 10-6.

100oC = 2,18 10-5 Pa.s

=>Re = = 150,2 103 > 4000

Chọn thiết bị là ống thép mới không hàn => độ nhám tuyệt đối = 0,1 mm. [1]

Hệ số Reynold giới hạn trên [1]

Regh = = 102,3 103.

Hệ số Reynold khi bắt đầu xuất hiện vùng nhám [1]

Ren = =3,2 106.

=>Regh < Re < Ren =>Khu vực quá độ

Hệ số ma sát

Ta có 8.10-5 < = = 2.10-4 < 0,0125

0,1 = 0,1 = 0,019



=>⅀ sdd = = 0,019 = 0,26 H N/m2

⅀ scb =

: hệ số trở lực cục bộ, đặc trưng cho cấu tạo của bộ phận gây ra trở lực cho thiết

bị, chọn ở mỗi tấm chắn là 0,2.

Chọn số tấm chắn trong thiết bị là 20, khi đó n = 20

⅀ scb = = 20 0,2 = 27,4 kG/m2.

= ⅀ sdd + ⅀ scb)

=> gH = 0,26 H + 27,4 =>(9,81-0,26) H =27,4

=>H = = 2,9 m 3 m

Bố trí các tấm chắn trên khoảng chiều dài thiết bị là: 3 – 1 - 0,2 = 1,8 m

Khoảng cách giữa các tấm chắn là: = 0,09m = 9 cm

Chọn chiều rộng mỗi tấm chắn là 0,3 m

Kích thước chiều dài mỗi tấm chắn sẽ khác nhau do bố trí khác nhau trong hình

trụ, chọn chiều dài trung bình của mỗi tấm chắn là 0,4 m

2.4. Tính quạt vào thiết bị

Trở lực trên đường ống dẫn khí vào thiết bị

Lưu lượng khí vào thiết bị: Q1 = 2570 m3/h.



Đường kính ống dẫn vào: d0 = 200 mm = 0,2 m

Vận tốc vào thiết bị: v0 = = = 22,7 m/s.

Hệ số Reynold Re =

v = 1,77 kg/m3

100oC = 2,18.10-5 Pa.s

Re = = 3,7.105

Chọn ống dẫn khí là ống thép mới không hàn => độ nhám tuyệt đối = 0,1 mm

[1]


Regh = = 0,35.105


Ren = =11,4.105

=>Regh < Re < Ren =>Khu vực quá độ.

Hệ số ma sát



Ta có 8.10-5 < = = 2,5.10-4 < 0,0125

=> 0,1 = 0,1 = 0,018

Áp suất động học: pd = = = 46,5 kG/m2 Chọn chiều dài

đường ống dẫn khí từ chụp hút đến thiết bị lắng quán tính là

l= 10 m

Hệ số sức cản tương đương của đoạn ống thẳng td = 𝜆 = 0,018 = 0,9

Tại chụp hút trên thiết bị ξ = 0,2- 0,4 .chọn ξ = 0,3 [3]

Co 90o (ngoặt tiết diện tròn nhiều đốt, R/D = 2; = 90o),ξ = 0,35 [4]

Hệ số sức cản cục bộ trên đoạn ống = 0,3 + 5 x 0,35 = 2,05

=>Tổng tổn thất áp suất trên đường ống

pd = ( + td) pd = (2,05+ 0,9) x 46,5 = 120,9 kG/m2 =1345,7N/m2

thất áp suất do quạt tạo ra

pq = (0,12 0,15) 9,81 104 = 0,13 9,81 104 = 12753 N/m2

=>Tổng tổn thất áp suất: Ps = pd + pq = 1345,7 + 12753 = 14098,7 N/m2

=>Công suất của quạt hút vào thiết bị [5]



Nq=

Trong đó Q: lưu lượng khí (m3/s)

: hệ số an toàn, (1,12 1,15), chọn = 1,13

: tổng tổn thất áp suất, = pd + pq = 14098,7 N/m2

: (0,92 , chọn = 0,95

: (0,9 0.98), chọn = 0,95

(0,92 1), chọn = 0,95

=>Nq = = = 13,27 kW

=>Chọn quạt: “V-Xêp” 7-40 N06, kiểu “R”6 - 3a, công suất 15 kW [3]

=>Số vòng quay: 1790 vòng/phút.

2.5. Ống khói

Chọn vận tốc của dòng khí trong ống khói là v3 = 5 m/s.

Lưu lượng khí trong ống khói Q = 2569,4 m3/h.

Đường kính ống khói: D = = 0,4 m

Chiều cao ống khói:

H =



Trong đó:

Ccp: nồng độ cho phép trong môi trường xung quanh, mg/m3.

A: Hệ số phụ thuộc sự phân bố nhiệt độ theo chiều cao khí quyển, được chọn cho

điều kiện khí tượng nguy hiểm và xác định điều kiện phát tán thẳng đứng và theo

phương ngang của chất độc hại trong khí quyển.Trong tính toán có thể nhận A =

200 - 240.

F: Hệ số vô thứ nguyên tính đến vận tốc lắng chất ô nhiễm trong khí quyển.

Đối với chất ô nhiễm dạng khí F = 1; đối với bụi :

Nếu hiệu quả xử lí η 90% F = 2

Nếu hiệu quả xử lí η 75% 90% F =2,5

Nếu hiệu quả xử lí η 75% F = 3

M: tải lượng ô nhiễm, g/s

H: chiều cao nguồn thải tính từ mặt đất, m

Q: lưu lượng khí thải, m3/s.

T: hiệu nhiệt độ khí thải Tkvà khí quyển Tkk. . Nhiệt độ khí quyển Tkk, cần lấy

cho tháng nóng nhất trong năm vào lúc 13h.

m,n: Các hệ số vô thứ nguyên tính đến điều kiện thoát khí thải từ cổ ống khói, m

được xác định theo công thức sau

m = (0,67 + 0,1 + 0,34 )-1 nếu f 100

m = (1,47 f)-1 nếu f > 100

Với f =

n được xác định như sau:



n =1 nếu Vm > 2

n = 0,532 Vm2 – 2,13 Vm + 3,13 nếu 0,5 < Vm 2

n= 4,4 Vm nếu Vm 0,5

Với Vm = 0,65

Tính toán :

H =

Trong đó :A = 220

F = 2 (hiệu suất xử lí η = 90%)

M = Cb Q = 43,61 10-3 = 0,031 g/s

Chọn m =1, n = 1

Q = 2569,4 m3/h.

T = 60 - 40 =20 , (chọn nhiệt độ trong ống khói là 60 , nhiệt độ môi trường là

40 .

Ccpmax được tính theo công thức sau:

Ccpmax = CcpTC Kp Kv.

Trong đó: CcpTC: chất lượng không khí xung quanh quy định trong QCVN 05-

2009, CcpTC = 0,2 mg/m3, ở nhiệt độ 25 .

Kp: Hệ số theo lưu lượng nguồn thải, Kp = 1



Kv: Hệ số vùng, khu vực, nơi có cơ sở sản xuất, chế biến, kinh doanh, dịch vụ, Kv

= 1

= > Ccpmax = 0,2 1 1 = 0,2

Ở nhiệt độ 60 , nồng độ khí ra :

Ccp = 0,2 = 0,18 mg/m3

H = = 6 m

Dựa vào giá trị H, tính lại H1

f = => f = = 13,8 < 100

=> m = (0,67 + 0,1 + 0,34 )-1 = 0,54

Vm = 0,65 = Vm = 0,65 = 0,87

=> n = 0,532 Vm2 – 2,13 Vm + 3,13 = 1,68

=> H1 = = = 5,5 m



H = = = 8,3

Dựa vào giá trị H1, tính lại H2

f = => f = = 16,5 < 100

=> m = (0,67 + 0,1 + 0,34 )-1 = 0,51

Vm= 0,65 = Vm= 0,65 = 0,89

=> n = 0,532 Vm2 – 2,13 Vm + 3,13 = 1,65

=> H1 = = = 5,3 m

H = = = 3,6 (nhận)

ậy chiều cao ống khói là: H = 5,5 m

2.6. Tính quạt ra thiết bị

Trở lực trên đường ống dẫn khí ra thiết bị

Lưu lượng khí ra khỏi thiết bị: Qr = 2569,4 m3/h

Đường kính ống dẫn ra: d2 = 220 mm = 0,22 m



Vận tốc ra thiết bị: v2 = = = 18,7 m/s


ρr = 1,77 kg/m3

40oC = 1,9.10-5 Pa.s

Re = = 3,8.105

Chọn ống dẫn khí là ống thép mới không hàn, độ nhám tuyệt đối = 0,1 mm

[1]


Regh = = 0,40.105


Ren = =12,7.105

=>Regh < Re < Ren =>Khu vực quá độ

Hệ số ma sát

Ta có 8.10-5 < = = 4,5.10-4 < 0,0125



0,1 = 0,1 = 0,018

Áp suất động học :pd = = = 31,5 kG/m2

Chọn chiều dài đường ống dẫn khí từ thiết bị lắng quán tính đến ống khói

là l = 15 m

Hệ số sức cản tương đương của đoạn ống thẳng td = 𝜆 = 0,018 = 1,22

Co 90o (ngoặt tiết diện tròn nhiều đốt, R/D = 2; = 90o),ξ = 0,35 [4]

Hệ số sức cản cục bộ trên đoạn ống = 3 0,35 = 1,05

=> pd = ( + td) pd = (1,05+ 1,22) 31,5 = 71,5 Kg/m2

= 701,5 N/m2

Tổn thất áp suất do quạt tạo ra

pq = (0,12 0,15) 9,81 104 = 0,13 9,81 104 = 12753 N/m2

Tổng tổn thất áp suất: Pt = pd + pq = 701,5 + 12753 = 13454,5 N/m2

Trở lực của thiết bị

ps = (0,26 H + 27,4) g

Với H là chiều cao thiết bị, g là gia tốc trọng trường = 9,81

ps = (0,26 +27,4) g = 276,5 N/m2



Trở lực của ống khói

Đường kính ống khói: dok = 0,4 m

Vận tốc thoát khí ra ống khói: vok = 18,7 m/s

Xem nhiệt độ trong ống khói là: 60


r60oC = 1,77 kg/m3

60oC = 1,9.10-5 Pa.s

Re = = 6,6.105

Chọn ống dẫn khí là ống thép mới không hàn => độ nhám tuyệt đối = 0,1 mm

[1]


Regh = = 0,4.105


Ren = =12,7.105

=>Regh < Re < Ren => Khu vực quá độ

Hệ số ma sát



Ta có 8.10-5 < = = 4,5.10-4 < 0,0125

0,1 = 0,1 = 0,017

Áp suất động học: pok = = = 31,5 kG/m2

Chiều cao ống khói H = 5,5 m

Hệ số sức cản tương đương của đoạn ống thẳng td = λ = 0,017 = 0,4

=> Hệ số sức cản cục bộ trên đoạn ống = 1

=> pd = ( + td) pok = (1+ 0,4) 31,5 = 32,9 Kg/m2 =322,7 N/m2

Tổng tổn thất trên toàn đường ống dẫn khí ra

= + d + ok = 276,5 + 13454,5 + 322,7 =14053,7 N/m2

Công suất của quạt hút khí vào thiết bị [5]

Nq=

Trong đó Q: lưu lượng khí (m3/s)

: hệ số an toàn, (1,12 1,15), chọn = 1,13

: tổng tổn thất áp suất



: (0,92 ,chọn = 0,95

: (0,9 0,98),chọn = 0,95

(0,92 1),chọn = 0,95

=> Nq = = = 13,2 kW

Chọn quạt: “V-Xêp” 7-40 N06, kiểu “R”6-3a, công suất 15 kW [3]

Số vòng quay: 1790 vòng/phút

3. Tính cơ khí của thiết bị (Chiều dày thân của thiết bị)

Thiết bị lọc bụi xi măng bằng tĩnh điện làm việc ở môi trường ăn mòn,

nhiệt độ t = 100 0C

Áp suất làm việc của thiết bị : P = 1 at = 9,81.10

chọn thép cacbon CT3

Tính chất của thép: [2]

Chiều dày tấm thép, mm 4-20

Giới hạn bền, N/ m 2 Kéo 380.106

Cắt 240.106

Độ giản dài tương đối, % 25

Độ nhớt và dập, J/ m 2 0,8.106

Khối lượng riêng, kg/ m 3 7,85.103

Hệ số dẫn nhiệt, W/m.độ 50

Thân hình trụ làm bằng vật liệu dẻo (thép) làm việc ở áp xuất < 10.10 6 được chế

tạo bằng cách cuốn tấm vật liệu với kích thước đã định sau đó hàn ghép mối lại.

Gia công thiết bị bằng hàn bằng hồ quang điện bằng cách hàn giáp mối hai bên.

Ứng suất cho phép của thép CT3 theo giới hạn bền:



Ứng suất kéo

[] = η

Ứng suất cắt

[] = η

η: hệ số điều chỉnh

Thiết bị thuộc loại 2 nhóm 2 = 1 [2]

n = 2,6

n = 1,5 [2]

[] = .1 = 146,2.10

[] = 1 = 160.10

Chọn giá trị bé hơn trong 2 kết quả vừa tính để tính tiếp

= . 0,95 = 141,6 > 50

: hệ số bền mối hàn

= 0,95 [2]

Chiều dày thiết bị:

[2]

Khi × 50 có thể bỏ qua p ở mẫu

S = + C

D: đường kính trong. m

Chọn Dt = 4 m [2]

C: bổ sung do ăn mòn, bào mòn và dung sai về chiều dày, m

C = C1+ C2 + C3

Trong đó

C1: bổ sung do ăn mòn

C1 = 1 mm

C2: bổ sung do hao mòn

C2 = 0 mm

C3: bổ sung do dung sai của chiều dài



C3 = 0,8 mm [2]

C = 1+ 0 + 0,8 = 1,8 mm

S = +1,8= 3,21 (mm)

Chọn S = 4mm

Áp suất thử thủy lực: P =1,5 P [2]

p = 1,5.9,81.104 = 14,72.104 (N/m2)

= (N/m2) [2]

(N/m2)

= 120,9.106 (N/m2) = 133,3.10 ( thỏa điều kiện)

Chọn chiều dày thân thiết bị là 4 mmThông số thiết bị

Thông số Đơn vị Giá trị

Số tấm chắn Tấm 20

Chiều cao thiết bị m 3

Chiều cao ống vào m 0,2

Chiều cao ống ra m 0,2

Đường kính chính của thiết bị m 0,5

Đường kính ống vào m 0,2

Đường kính ống ra m 0,22

Công suất quạt vào kW 13,27

Công suất quạt ra kW 13,2

Tải lượng khí sạch Kg/s 1,26

Tải lượng bụi Kg/s 0,0005

Chiều cao ống khói m 5,5



Chương 4: Ứng dụng và vận hành

1. Ứng dụng

1.1. Tính kinh tế

Toàn bộ thân và chi tiết của thiết bị được làm bằng thép

Diện tích thân hình trụ (không kể hai đáy)

S1 = 2 = 2 = 4,71 m2

Diện tích thân ống vào

S2 = 2 = 2 3,14 0,1 0,2 = 0,1256 m2

Diện tích thân ống ra

S3 = 2 = 2 3,14 0,1 0,2 = 0,1382 m2

Diện tích hình tròn phần ống vào

S4 = 2 = 3,14 2 = 0,0314 m2

Diện tích hình tròn phần ống ra

S5 = 2 = 3,14 2 = 0,0380 m2

Diện tích hình tròn hai đáy

S6 = R2 = 3,14 2 = 0,2 m2

Tổng diện tích phần thân thiết bị

S = S1+ S2+ S3+2S6 - (S5+ S6) = 5,0344 m2



Chiều rộng mỗi tấm chắn là 0,3 m

Mỗi tấm chắn có chiều dài khác nhau phân bố theo thứ tự trong thiết bị, chọn chiều

dài trung bình là 0,4 m

Diện tích mỗi tấm chắn là: 0,3 =0,12 m2

Tổng diện tích của 20 tấm chắn: 20 0,12 = 2,4 m2

Tổng diện tích bề mặt thép dùng để chế tạo thiết bị

S* = 5,0344 +2,4 = 7,4344 m2

Khối lượng thép dùng để chế tạo thiết bị

7,4344 0,004 7850 = 233,44 kg

Giá thành 1 kg thép là là: 13900 VND

Chi phí thân thiết bị là: 233,44 13900 = 3.244.816 VND

Lượng thép dùng làm giàn đỡ

Chọn thép góc đều cạnh 50 50 mm

Trọng lượng 2,32 kg/1 m dài

Chiều dài 2 m/1 cột 4 cột = 8 m

Khối lượng thép góc 8m 2,32 kg/m = 18,56 kg

Chi phí làm giàn đỡ

18,56 13900 = 258.000 VND

Bảng 4

Tên hạng mục chi phí Đơn

vị

Số lượng Đơn giá(VND) Thành tiền( VND)



Thép CT3 cho thân thiết

bị

kg 233,44 13900 3.244.816

Thép góc đều cạnh kg 18,56 13900 258.000

Quạt hút + quạt đẩy cái 2 1.000.000 2.000.000

Hệ thống ống dẫn khí kg 1 3.000.000 3.000.000

Các chi phí khác 1.497.184

Tổng chi phí 10.000.000

1.2. Một số điểm cần chú ý trước khi vận hành thiết bị

Thép CT3

Thép CT3 có ứng suất chảy là 2100kg/cm2. Nên trong quá trình sử dụng cần

lưu ý các thông số làm việc của hệ thống bao gồm nhiệt độ, áp suất và các tác nhân

an toàn cho hệ thống từ bên ngoài, chủ yếu là tránh hệ thống bị phá rò rỉ làm ảnh

hưởng đến năng xuất của hệ thống xử lí cũng như làm ảnh hưởng đến môi trường

làm việc của mọi người.

Máy quạt hút và quạt đẩy

Chọn loại quạt có công suất vẫn dự trù được trường hợp hệ thống làm việc quá

tải so với mức bình thường, phải đảm bảo quạt được bảo trì tốt và vận hành ổn

định và có các phương án thay thế và sửa chữa kịp thời khi có bất trắc. Bên cạnh

đó các đặc tính của dòng khí thải không làm ảnh hưởng đến quạt trong suốt quá

trình máy hoạt động, đặc biệt là nhiệt độ và bụi làm ảnh hưởng đến tốc độ quay của

cánh quạt. Ngoài ra cũng phải bảo đảm nguồn điện cấp vào cho quạt phải ổn định.

Hệ thống cần được kiểm tra tổng bộ thường xuyên .

Kiểm soát hiệu suất lọc bụi của hệ thống phải được xác định thừơng xuyên

bằng cách quan trắc khí thải theo điều kiện môi trường xung quanh.

Hệ thống các tấm chắn bụi

Được thiết kế sao cho nếu trong trường hợp hệ thống hoạt động trong điều kiện

quá tải vẫn có thể hoạt động bình thường. Nhưng cũng cần kiểm soát điều tiết chặc

chẽ lưu lượng vào hệ thống tránh tình trạng thiết bị bị hư hỏng làm ảnh hưởng đến

việc xử lí bụi

2. Vận hành



Kiểm tra thiết bị trước khi vận hành

o Kiểm tra toàn bộ hệ thống trước khi vận hành

o Kiểm tra mức độ đóng bụi của bụi trên tấm chắn bụi

o Vệ sinh xung quanh khu vực thao tác quanh hệ thống xử lí

o Kiểm tra nguồn điện cấp vào hệ thống

o Kiểm tra tình trạng các van, thiết bị phụ và dụng cụ hỗ trợ

o Bật công tắc điện quạt hút cho hệ thống hoạt động

o Tiếp nhận bụi sản phẫm thu được sang khâu hồi lưu hoặc thải bỏ.

Trong khi vận hành

o Công suất xử lí (lưu lượng vào) phải đảm bảo ở chế độ ổn định

o Thường xuyên theo dõi khi thiết bị vận hành,để khi gặp sự cố co thể

kịp thời sửa chữa

Ngừng hệ thống

o Để ngừng hệ thống, tiến hành tắt công tắc quạt vào và ra thiết bị

Một số sự cố gặp phải khi vận hành thiết bị

o Hệ thống thân thiết bị bị hở.Trong trường hợp này nguyên nhân có thể

xuất nguồn từ lúc bắt đầu lắp đặt hệ thống. Tuy nhiên khả năng này ít

khả năng xảy ra

o Quạt hút làm việc không ổn định hoặc ngưng làm việc, khí bụi không

được hút vào hệ thống sẽ phân tán ra môi trường.

o Đường ống dẫn khí bị rò rỉ

o Các tấm chắn trong thiết bị có thể bị rơi xuống do lúc thi công gắn lên

thân thiết bị không chắc

Cách khắc phục khi gặp sự cố

o Ngừng hệ thống làm việc, tiến hành sửa chữa, khắc phục sự cố ngay

lập tức, nhanh chóng đưa thiết bị trở lại hoạt động bình thường.



Chương 5: Kết luận – kiến nghị

1. Kết luận

Thiết bị lắng bụi bằng lực quán tính là thiết bị lắng bụi với hiệu suất khá cao

(80-90%). Thiết bị này có khả năng làm việc ở nhiệt độ cao (450-600 ) và áp suất

cao, trở lực của thiết bị thấp (100-500N/m2). Với chi phí rẻ hơn rất nhiều so với các

thiết bị có cùng chức năng, khả năng ứng dụng của phương án này rất cao.

Tuy nhiên, thiết bị này chỉ xử lí được những hạt bụi thô (kích thước > 20

µm), do vậy chỉ áp dụng trong các hệ thống xử lí bụi với nồng độ đầu vào nhỏ và

kích thước hạt bụi lớn. Để xử lí triệt để bụi thải, sau thiết bị lắng quán tính cần lắp

đặt một thiết bị lọc tinh khác như: lọc bụi tay áo, lọc bụi tĩnh điện …



Thiết bị lắng bụi quán tính là thiết bị rẻ tiền, dễ lắp đặt, vận hành và sử dụng.

Với những ưu điểm vượt trội như vậy việc sử dụng thiết bị này là giải pháp thiết

thực để xử lí bụi thải trong các nhà máy sản xuất xi măng – ngành công nghiệp

được đánh giá là phát thải bụi vào loại bậc nhất.

2. Kiến nghị

Trong quá trình vận hành, yêu cầu người vận hành phải thực hiện đúng quy

trình, thường xuyên vệ sinh thiết bị, máy móc để hệ thống làm việc có hiệu quả cao

và tăng tuổi thọ của thiết bị.

Nhà máy cần có cán bộ chuyên trách được đào tạo và vận hành hệ thống

theo quy trình đã định.

Khi có sự cố cần liên hệ với các cơ quan chuyên môn để giải quyết. Mặt

khác, nhà máy cần có sự liên hệ thường xuyên với các cơ quan chức năng để được

hướng dẫn cụ thể về chính sách bảo vệ môi trường và các vấn đề liên quan đến môi

trường.

Giáo dục ý thức vệ sinh môi trường và vệ sinh công nghiệp cho cán bộ, nhân

viên nhà máy. Chú ý công tác an toàn lao động, phòng ngừa cháy nổ, … khi vận

hành thiết bị.

Thiết bị lắng quán tính là thiết bị xử lí bụi thô nên để hiệu quả xử lí được cao

ta cần kết hợp với các thiết bị khác nhằm giảm tối đa chất thải vào môi trường, ví

dụ như lọc bụi tĩnh điện, lọc bụi tay áo,… sau đó có thể kết hợp với hệ thống xử lí

CO2, SO2, NH3, nhằm đảm bảo nồng độ khí bụi phát thải vào khí quyển đặt tiêu

chuẩn môi trường.

Tài liệu tham khảo [1]. Nhiều tác giả, Sổ tay quá trình thiết bị, tập 1, NXB khoa học và kĩ thuật Hà

Nội.

[2] Nhiều tác giả, Sổ tay quá trình thiết bị, tập 2, NXB khoa học và kĩ thuật Hà

Nội.

[3] Hoàng Thị Hiền, Thiết kế thông gió công nghiệp, NXB Xây dựng.

[4] Trần Ngọc Chấn, Kĩ thuật thông gió, NXB Xây dựng.



[5] Nguyễn Tấn Dũng –giảng viên ĐH SPKT Tp HCM, bài giảng Các quá trình

thiết bị, tập 2


Đồ án xử lý ô nhiễm không khí

Documents

Transcript of Đồ án xử lý ô nhiễm không khí