THÔNG GIÓ VÀ XỬ LÝ KHÍ THẢICAM RANH

Đồ án môn học: Thông gió và xử lý khí thải

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA MÔI TRƯỜNG

ĐỒ ÁN MÔN HỌC
THÔNG GIÓ VÀ XỬ LÝ KHÍ THẢI

SỐ LIỆU THIẾT KẾ CHO TRƯỚC

Địa điểm:

Cam Ranh

Nhiệt độ khói thải:

175oC

Thành phần nhiên liệu: Dầu DO
Lượng nhiên liệu:

Đối với ống khói 1 là 1250kg/h
Đối với ống khói 2 là 950 kg/h

Kích thước nguồn thải: Chiều cao ống khói theo 3 trường hợp: 16; 24;32 (m)
Đường kính ống khói 1 là 1100 mm
Đường kính ống khói 2 là 1000mm

TRANG: 1

Đồ án môn học: Thông gió và xử lý khí thải
NỘI DUNG TÍNH TOÁN
I.

Tính toán sản phẩm cháy, xác định lượng khí thải, tải lượng các chất ô nhiễm

II.

Xác định nồng độ bụi, khí SO 2, CO, CO2 dọc theo trục gió đi qua chân ống khói, ở tọa độ bất kì
trên mặt đất theo chiều gió thổi qua chân nguồn thải
Tính toán với 2 nguồn (nguồn 1 và nguồn 2 tương ứng với 3 chiều cao thay đổi)

III.

Xây dựng biểu đồ thể hiện mối quan hệ:
Cbụi = f (x, D, h) ; Cbụi = f (x, y, D, h)
Ckhí = f (x, D, h) ; Ckhí = f (x, y, D, h)

IV.

Đề xuất các giải pháp giảm thiểu ô nhiễm

V.

Thiết kế hệ thống thông gió cho nhà máy

PHẦN BẢN VẼ
1. Mặt bằng,mặt cắt thể hiện toàn bộ hệ thống xử lý khí thải,đồ thị Chh(1),Chh(2) vào mùa hè.

2. Mặt bằng mặt cắt hệ thống thông gió của nhà xưởng và sơ đồ không gian.

3. Chi tiết thiết bị lọc bụi, hoặc xử lý các khí độc ô nhiễm.
Ngày giao nhiệm vụ:
Ngày hoàn thành và nộp thiết kế:
Ngày bảo vệ:
Ngày

tháng

năm 2012

Cán bộ hướng dẫn

Phần I TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ KHÓI THẢI
Chương 1: LỰA CHỌN THÔNG SỐ TÍNH TOÁN
I.Lựa chọn thông số tính toán bên ngoài công trình
- Nhiệt độ tính toán ngoài công trình được lấy theo hai mùa, ta lấy nhiệt độ tính toán bên ngoài
của mùa hè bằng nhiệt độ tối cao trung bình xuất hiện vào buổi trưa của tháng nóng nhất (thN). Về mùa
TRANG: 2


Đồ án môn học: Thông gió và xử lý khí thải
đông lấy bằng nhiệt độ tối thấp trung bình xuất hiện vào buổi sáng của tháng lạnh nhất (tđN). Dựa vào
bảng 2.3 và 2.4 [QCVN 02-2009] ta có kết quả của Cam Ranh như sau: thN = 33,30C (chọn cho tháng 8
vào lúc 13h), tđN = 21,70C (chọn cho tháng 1 vào lúc 6h).
II.Lựa chọn thông số tính toán bên trong công trình:
- Nhiệt độ tính toán trong công trình vào mùa hè (t hT) được lấy bằng nhiệt độ tính toán bên
ngoài cộng thêm 1 ÷3 0C. Còn nhiệt độ tính toán bên trong công trình về mùa đông (t đT) được lấy từ 20
÷ 240C. Vậy ta lấy nhiệt độ bên trong công trình như sau:
thT = 33,3 + 1=34,30C, tđT = 220C.
III.Hướng gió và vận tốc gió:

- Hướng gió chính về mùa đông là gió Bắc và về mùa hè là gió Đông - Nam. Vận tốc gió về
mùa hè lấy bằng 3,9 m/s và mùa đông là 5,4 m/s lấy theo bảng 2.16 [QCVN02-2009].
IV.Độ ẩm không khí:
Dựa vào bảng 2.10 [QCVN02-2009] có kết quả sau
Tháng 8 :74,3%; tháng 1: 75,5%
Bảng 1: Bảng tính toán khí hậu ngoài nhà, trong nhà
Nhiệt độ (oC)

Gió

Mùa đông

Mùa hè

Mùa đông

Trong
nhà

Ngoài
nhà

Trong
nhà

Ngoài
nhà

22

21,7

34,3

33,3

Hướng gió
Bắc

Mùa hè
Vận tốc gió Hướng gió
(m/s)

Vận tốc
gió (m/s)

5,4

3,9

Đông - Nam

V.Các thông số thiết kế hệ thống xử lí không khí bên ngoài công trình:
- Nhiệt độ khói thải : 1750C.
- Thành phần nhiên liệu: Nhiên liệu sử dụng là dầu DO có thành phần

TRANG: 3

Thành phần

CP

HP

OP

NP

SP

AP

WP

Tỉ lệ (%)

82,7

10,4

0,22

0,15

3,03

0,5

3,0

Đồ án môn học: Thông gió và xử lý khí thải
- Lượng nhiên liệu tiêu thụ:
- Ống khói 1: B = 1250 (kg/h)
- Ống khói 2: B = 950 (kg/h)
- Kích thước của nguồn thải:
•

Chiều cao ống khói: h (m)
h1 = 16(m)
h2 = 24(m)
h3 = 32(m)

•

Đường kính ống khói: D (mm)
Ống khói 1: D1= 1100 (mm)
Ống khói 2: D2= 1000 (mm)

Chương 2: NỘI DUNG TÍNH TOÁN PHẦN XỬ LÍ KHÍ THẢI

I.

Tính toán nồng độ chất ô nhiễm
1.1.

Tính toán sản phẩm cháy và tải lượng các chất ô nhiễm

1.1.1. Nhiệt năng của nhiên liệu rắn và lỏng xác định theo công thức Mendeleev
Qp = 81C + 246Hp – 26 (Op - Sp) – 6Wp (kcal/kg DO)

= 81.82,7 + 246.10,4 – 26( 0,22-3,03) – 6.3,0 = 9312,2 (kcal/kg DO)
1.1.2.Tính sản phẩm cháy ở điều kiện tiêu chuẩn (t = OoC, P = 760mmHg)
STT

Đại lượng tính toán

Đơn vị

Công thức

Kết quả
Mùa đông Mùa hè

1

2

Lượng không khí m3chuẩn
khô cần thiết cho quá
/kgNL
trình cháy

V0 = 0.089Cp + 0.264Hp –
0.0333(Op - Sp)
10.19

10.19

Lượng không khí ẩm m3chuẩn
cần thiết cho quá

/kgNL
trình cháy lí thuyết

Va = (1+0.0016d)V0

10,39

10.57

(d=15,5

(d=20

TRANG: 4


Đồ án môn học: Thông gió và xử lý khí thải

3

4

5

Lượng không khí ẩm m3chuẩn
thực tế với hệ số
thừa
không
khí /kgNL
α = 1.2 – 1.6

Vt = α Va

Lượng khí SO2 trong m3chuẩn
sản
phẩm
cháy
/kgNL
(SPC)

VSO2 = 0.683.10-2. Sp

Lượng khí CO trong m3chuẩn
SPC với hệ số cháy
không hoàn toàn về /kgNL
hóa học và cơ học

VCO = 1.865. 10-2. η.Cp

Chọn α = 1.4

g/kgk2)

g/kgk2

14.55

14.80

0.02

Chọn n = 0.04

0.046

η = 0.01 – 0.05
6

Lượng khí CO2 trong m3chuẩn
SPC
/kgNL

7

Lượng hơi
trong SPC

8

9

10

nước m3chuẩn
/kgNL

3
Lượng khí N2 trong m chuẩn
sản phẩm cháy
/kgNL

Lượng O2
không khí
Chọn α = 1.4

trong m3chuẩn
thừa.
/kgNL

Lượng sản phẩm m3chuẩn
cháy tổng cộng
/kgNL

VCO2 = 1.853. 10-2.(1-n).Cp

1.49

VH2O = 0.111Hp + 0.0124Wp
+ 0.0016dVt
1.48

1.75

VN2 = 0.008Np + 0.79Vt
11.55

11.64

0.88

0.89

VO2= 0.21(α-1) Va

VSPC = VSO2 +VCO +VH2O 15.45
+VN2 +VO2 + VCO2

15.83

1.2.Tính toán lượng khói và tải lượng các chất ô nhiễm tạo ra tương ứng khi đốt.
1.2.1.Đối với ông khói số 1, Bt = 1250 kg/h
STT

Đại lượng tính toán

Đơn vị

Công thức

Kết quả
Mùa đông

TRANG: 5

Mùa hè


Đồ án môn học: Thông gió và xử lý khí thải

1

Lượng khói (SPC) ở
m3/s
điều kiện tiêu chuẩn

5.36

5.5

8.80

9.03

LC =
2

3

Lượng SPC (khói) ở
m3/s
điều kiện thực tế
Lượng khí SO2 với
ρSO2 =2,926kg/m3chuẩn

4

5

6

Lượng khí CO với
ρCO= 1,25 kg/m3 chuẩn

g/s

20,57

g/s

19,57

Lượng khí CO2 với
ρCO2
=
1,977
3
kg/m chuẩn
g/s

1022.82

Lượng tro bụi với hệ
số tro baytheo khói
a = 0,8 ÷ 0,85

g/s

1.4

chọn a=0,8

1.2.2.Đối với ống khói số 2, Bt = 950 kg/h
STT

Đại lượng tính toán

TRANG: 6

Đơn vị

Công thức

Kết quả
Mùa đông

Mùa hè


Đồ án môn học: Thông gió và xử lý khí thải
1

Lượng khói (SPC) ở
m3/s
điều kiện tiêu chuẩn

4.1

4.2

6.73

6.84

LC =
2

3

Lượng SPC (khói) ở
m3/s
điều kiện thực tế
Lượng khí SO2 với
ρSO2 =2,926kg/m3chuẩn

4

5

6

Lượng khí CO với
ρCO= 1,25 kg/m3 chuẩn

g/s

15.63

g/s

15.17

Lượng khí CO2 với
ρCO2
=
1,977
3
kg/m chuẩn
g/s

777.35

Lượng tro bụi với hệ
số tro bay theo khói
a = 0,8 ÷ 0,85

g/s

1.1

chọn a=0,8
1.3.Nồng độ phát thải các chất ô nhiễm trong khói:

Nồng độ phát thải khí:
Ống khói

TRANG: 7

SO2 (g/m3)

CO (g/m3)

CO2 (g/m3)

Bụi (g/m3)


Đồ án môn học: Thông gió và xử lý khí thải
Mùa đông

Mùa hè

1

2,34

2,27

116,23

0,16

2

2,32

2,25

115,51

0,16

1

2,28

2,17

113,3

0,16

2

2,29

2,22

113,6

0,16

1.4.Xác định thành phần trong khí thải cần xử lý
Bảng : QCVN 19:2009 Qui chuẩn khí thải quốc gia về khí thải công nghiệp đối với bụi và các
chất vô cơ

So sánh với QCVN 19:2009 ta thấy rằng :
Theo tiêu chuẩn loại B thì nồng độ khí CO, SO2 đều vượt tiêu chuẩn cho phép.
Như vậy: ta chọn giải pháp xử lý khí SO2 để đạt QCVN 19:2009 trước khi thải ra bên ngoài.
Riêng khí CO chọn các giải pháp cải tiến thiết bị, hoặc thay đổi công nghệ (nếu có thể), kiểm
soát điều kiện làm việc để nâng cao hiệu suất của quá trình cháy nhiên liệu, tạo điều kiện để quá trình
cháy diễn ra hoàn toàn.

Sau khi tính toán các thông số của khí thải ở 2 ống khói, tổng hợp thành bảng:

Ống
khói

Mùa

Lưu
lượng
thải
3

Lt (m /s)
1

Đông

8.80

Hè
TRANG: 8
Đông
2
Hè

9.03
6.73
6.84

D (m)

Tải lượng ô nhiễm
Nhiệt độ
khói
t
0
MSO2
MCO
MCO2
( C)

Mbụi

0,7

175

20.57

19.97

1022.82

1,4

1,1

175

15.63

15.17

777.35

1.1

Đường
kính

Vận tốc gió
V(m/s)
5,4
3,9
5,4
3,9


Đồ án môn học: Thông gió và xử lý khí thải
Bảng tổng kết phần tính toán sản phẩm cháy
II.Xác định nồng độ các chất ô nhiễm dọc theo trục gió thổi
2.1.Xác định nồng độ cực đại, nồng độ trên mặt đất Cx,y; Cx, nồng độ hỗn hợp giữa hai nguồn
Để xác định nồng độ của các chất ô nhiễm phát thải trong không gian tại một điểm có toạ độ x,y,z nào
đó thì có rất nhiều mô hình .Ở đây ta xét mô hình khuếch tán Gauss

Cx,y,z =

(g/m3)

EXP

- Nồng độ chất ô nhiễm trên mặt đất (z = 0)

EXP
EXP
(g/m3)
- Nồng độ chất ô nhiễm trên mặt đất dọc theo trục gió đi qua chân của ống khói tại toạ độ bất kì
trên mặt đất theo chiều gió thổi qua chân nguồn thải (y = 0 , z =0 )
Cx,y,0=

Cx,0,0 =

EXP

(g/m3)

M : tải lượng ô nhiễm, g/m3
u : vận tốc gió, m/s.Chọn vận tốc gió ở độ cao 10 m
x :khoảng cách từ nguồn thải (ống khói) cho tới điểm tính toán theo phương gió thổi, m
y :khoảng cách từ điểm tính trên mặt ngang theo chiều vuông góc với trục vệt khói cách tim vệt
khói, m
z : chiều cao điểm tính toán
σy : hệ số khuếch tán của khí quyển theo phương ngang y
σz : hệ số khuếch tán của khí quyển theo phương ngang z
2.1.1.Xác định chiều cao hiệu quả của ống khói
Chiều cao hiệu quả của ống khói được xác định theo công thức:
H=h+∆h
h

TRANG: 9

: Chiều cao thực của ống khói, m


Đồ án môn học: Thông gió và xử lý khí thải
∆ h : Độ nâng của trục vệt khói, được xác định theo công thức Berliand

∆h=

t

Trong đó:
D là đường kính của miệng ống khói, m
là vận tốc phụt ra khỏi miệng ống khói, m/s

=

=

(m/s)

LT :lưu lượng khói thải ở điều kiện thực tế, m3/s
u10 : vận tốc gió ở độ cao 10 m được
Lấy theo bảng 2.16 TCVN 02:2009/BXD .Ở đây ta chọn như sau:
o
o

Mùa hè :lấy vào tháng 4 được u10 = 3.9 m/s
Mùa đông :lấy vào tháng 1 được u10 = 5,4 m/s

Tkhói : nhiệt độ khói thải (0K)

Tkhói = tkhói + 273 = 175 + 273 = 448K
∆Tkhói : độ chênh lệch nhiệt độ giữa nhiệt độ khói thải Tkhói và nhiệt độ môi trường xung quanh Txq
∆Tkhói = Tkhói - Txq = tkhói - txq
txq : nhiệt độ không khí của môi trường
Mùa hè

:lấy vào tháng 4 được txq = 34,30C

Mùa đông :lấy vào tháng 1 được txq = 220C
* Kết quả tính toán được thể hiện ở các bảng sau:
Tính toán chiều cao hiệu quả của ống khói vào mùa đông và mùa hè :

TRANG: 10


Đồ án môn học: Thông gió và xử lý khí thải

2.1.2. Xác định nồng độ cực đại trên mặt đất Cmax tại khoảng cách x theo trục gió thổi
Nồng độ cực đại được xác định theo phương pháp gần đúng của Gauss như sau :

Cmax =

EXP

(g/m3)

Tính hệ số khuếch tán σy , σz ứng với Cmax

* Tính hệ số khuếch tán σz : σz =
H: chiều cao hiệu quả của ống khói (m)

* Từ σz ta xác định đuợc khoảng cách x(km) xuôi theo chiều gió kể từ nguồn ,tại đó nồng độ đạt cực
đại theo công thức :σz = bxc + d
* Từ x ta xác định đuợc hệ số khuếch tán σy theo công thức : σy = ax0.894
Trong đó a, b, c, d là các hệ số phụ thuộc vào cấp khí quyển .Với cấp ổn định loại C ta có a =
104 , b = 61 , c = 0,911 , d = 0.
Sau khi có σy , σz , đưa vào phương trình Gauss tính được Cmax.
Tính nồng độ cực đại Cmax vào mùa đông và mùa hè :

TRANG: 11


Đồ án môn học: Thông gió và xử lý khí thải

2.1.3.Xác định nồng độ trên mặt đất Cx , Cx,y của nguồn thải
Tính hệ số khuếch tán σz , σy theo công thức
σz = bxc + d
σy = ax0.894
x(km) là khoảng cách xuôi theo chiều gió kể từ nguồn
a, b, c, d là các hệ số lấy theo cấp ổn định của khí quyển .Với cấp ổn định loại C ta có a = 104 ,
b = 61 , c = 0.911 , d = 0
Tính hệ số khuếch tán σ z , σ y
X(km) 0.10
0.12
0.14

0.16

0.18

0.20

0.22

0.24

0.26

0.28

0.30

σz

7.49

8.84

10.17

11.49

12.79

14.08

15.36

16.62

17.88

19.13

20.37

σy

13.27

15.63

17.93

20.21

22.45

24.67

26.86

29.04

31.19

33.33

35.45

X(km)

0.32

0.34

0.36

0.38

0.40

0.50

0.60

0.70

0.80

0.90

1.00

σz

21.60

22.83

24.05

25.26

26.47

32.44

38.30

44.08

49.78

55.42

61.00

σy

37.55

39.64

41.72

43.79

45.84

55.96

65.87

75.61

85.19

94.65

104.00

2.2.Xác định nồng độ Cx ,Cx,y,Chh của các chất theo từng nguồn, từng mùa, độ cao và khoảng cách x
2.2.1. SO2
- Mùa đông và mùa hè:

TRANG: 12


Đồ án môn học: Thông gió và xử lý khí thải

TRANG: 13


Đồ án môn học: Thông gió và xử lý khí thải

2.2.2. CO
- Mùa đông và mùa hè :

TRANG: 14

Đồ án môn học: Thông gió và xử lý khí thải

TRANG: 15


Đồ án môn học: Thông gió và xử lý khí thải

2.2.3.CO2
TRANG: 16


Đồ án môn học: Thông gió và xử lý khí thải
- Mùa đông và mùa hè :

TRANG: 17


Đồ án môn học: Thông gió và xử lý khí thải

2.2.4. Bụi
- Mùa đông và mùa hè:
TRANG: 18


Đồ án môn học: Thông gió và xử lý khí thải

TRANG: 19

Đồ án môn học: Thông gió và xử lý khí thải

2.3.Biểu đồ nồng độ các chất ô nhiễm Cx , Chh theo khoảng cách vào mùa hè và mùa đông:

TRANG: 20


Đồ án môn học: Thông gió và xử lý khí thải
2.3.1. Mùa đông
a. Cx
SO2
+Ống 1
-

+ Ống 2

-CO:
+ Ống 1:

+ Ống 2:

-CO2:
+ Ống 1:

+ Ống 2:

-Bụi:
+ Ống 1:

+ Ống 2:

TRANG: 21


Đồ án môn học: Thông gió và xử lý khí thải

b.Chh:
-SO2
+ Ống 1:

+ Ống 2:

-CO
+ Ống 1:

+ Ống 2:

-CO2
+ Ống 1

+ Ống 2

-Bụi:
+ Ống 1

+ Ống 2

TRANG: 22

Đồ án môn học: Thông gió và xử lý khí thải

2.3.1. Mùa hè:
a.Cx
- SO2
+ Ống 1

+ Ống 2

-CO:
+ Ống 1

+ Ống 2:

-CO2
+ Ống 1

+ Ống 2

-Bụi:
+ Ống 1

TRANG: 23


Đồ án môn học: Thông gió và xử lý khí thải
+ Ống 2

b.Chh:
- SO2

+ Ống 1

+ Ống 2

-CO
+ Ống 1

+ Ống 2

-CO2
+ Ống 1

+ Ống 2

-Bụi:
+ Ống 1

TRANG: 24


Đồ án môn học: Thông gió và xử lý khí thải
+ Ống 2

III.Chọn phương án giảm thiểu ô nhiễm,thiết kế hệ thống xử lí:
Chất gây ô nhiễm chủ yếu là CO và SO 2.Việc xử lý khí CO rất khó khăn nên giảm thiểu CO thường là
cải tiến thiết bị hoặc thay đổi công nghệ.Vì vậy, trong đồ án này chỉ tập trung xử lý SO2.
Lưu lượng cần xử lí SO2là:

+ Ống khói 1: L = 17,83 m3/s = 64188 m3/h
+ Ống khói 2: L=13,57m3/s = 48852m3/h

Nhiệt độ khói thải : 175 0 C
Hàm lượng SO2 :

+Ống 1: CSO2(H)= 2,28(g/m3)
CSO2(Đ)= 2,34(g/m3)
+Ống 2: CSO2(H)= 2,29(g/m3)
CSO2(Đ)= 2,32(g/m3)

Ống khói 1 phát thải với lưu lượng lớn nhất nên ta thiết kế hệ thống xử lí SO2 cho ống khói 1.

* Hiệu suất xử lý

H=

x 100

Trong đó:
- CSO2:nồng độ phát thải SO2 của ống khói 1 , CSO2= 2,34(g/m3)
- CSO2max :nồng độ SO2 tối đa cho phép trong khí thải công nghiệp
Theo QCVN 19: 2009 là 0,5 g/m3 (theo cột B)
Do đó hiệu suất của quá trình xử lý là:

TRANG: 25